石墨烯电池存在么？

石墨烯电池存在么？

在冬天的时候，大家可能都会遇到玩手机时手机还有大把电却不知为何就会卡顿，死机，关机的现象，为什么会这样呢？是因为问题出现在了手机锂电池的上面。

锂电池在工作时锂离子会在正负极之间移动，而低温会让离子活性降低，很快就“跑不动”了，电池可用量迅速下降。怎么办？除了少出门外，有人想出了新招：石墨烯。这些年，不少研究者和商家提出石墨烯电池的概念，表示这种电池容量更大、充电更快、“死”得更慢，堪称划时代的创造。



说起石墨烯，我们可以从初中化学讲起。碳元素的天然存在形式有两种：石墨和金刚石。金刚石是最坚固的碳结构，硬度大、活性差，又名钻石；石墨则是一种深灰色有金属光泽而不透明的细鳞片状固体，质软滑腻，有优良的导电性能，最常见的就是2B铅笔的笔芯。



在石墨中，每个碳原子只与其他三个碳原子以较强的力结合，形成一种层状结构，层与层之间的结合力较小，容易剥离。如果说石墨是一摞A4纸，石墨烯就是其中一张，一张只有一个原子厚度。它是世上最薄、最坚硬、电阻率最小的纳米材料；它独特的能带结构，让电子在上面传导时能量损耗极低。这些特点让石墨烯成为商家眼中的“唐僧肉”。一时间，“充电两分钟，通话一整天”“充电一分钟，续航百公里”等广告语盛行。



不过，要得到“纯种”石墨烯不容易，因为它在自然界无法稳定单独存在，很长时间科研都止步于多层石墨烯。2004年，曼彻斯特大学学者安德烈·海姆和康斯坦丁·诺沃肖洛夫成功分离出单独石墨烯平面，并于2010年获诺贝尔物理学奖。分离法神奇又朴实：用胶带粘住石墨薄片的两侧后撕开，可逐渐减薄石墨烯直至单层。如今，我们可以用氧化还原法等方式生产石墨烯，但要么成本太高、要么层数太多。



事实上，石墨烯的应用很广泛，电路、LED照明、手机或穿戴设备的柔性屏幕等领域都对这种新材料虎视眈眈，但最火热的方向，莫过于将石墨烯和锂电池结合，应用到能源领域，也就是我们俗称的“石墨烯电池”——化学充电电池自诞生以来距今已100多年，无数人希望能克服其能量密度低、充电时间长、循环次数低等缺陷，石墨烯被视为“救星”之一。



然，就目前来看，这个世界并不存在纯粹的石墨烯电池。石墨烯电池无论是在先天性、技术方面、外在因素上，都或多或至少的存在着劣势，至少在目前来看，石墨烯电池应用在实际场景中，还需要很长的路要走。石墨烯虽然可以改进电池性能，却无法作为电池的核心材料，它单片时有很多特殊性质，在实际应用中无法完全发挥。所以现实中石墨烯多用于与碳、硅或锡等物质组成复合材料制造电池正负极，或是使用石墨烯作为导电添加剂。因此，与其起名“石墨烯电池”，不如叫“掺了石墨烯的锂离子电池/铅酸电池”。加之制程复杂、良率低、成本高等问题，石墨烯电池想要实现工业标准化的量产，道阻且长。所以大家不要轻信石墨烯电池的流言蜚语。

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