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传递科技背后的思考
大家好，今天我们说一说石墨烯电池。这两天广汽透露了一个大消息，预计今年底将进行石墨烯电池的实车量产测试，广汽埃安将是率先使用石墨烯电池的品牌。
广汽表示，如果石墨烯电池能够量产装车，可实现8分钟充满80%电量，充电10分钟、续航200-300公里。
咱们先不管80%电量为啥才跑200-300公里，就说这个气势，妥妥的吊打特斯拉V3超级充电！当特斯拉还挣扎在高镍路线的时候，广汽来一个漂亮的弯道超车，惊不惊喜？意不意外？
冷静一下！让我们想想，上一次关于石墨烯电池的大消息是什么时候呢？去年12月份，华为传出要在P40 Pro上面搭载石墨烯电池，10分钟充电70%。事后证明是个错误的消息，后来P40 Pro上市的时候也没有看到石墨烯电池的踪影。
围绕着石墨烯，迷雾重重，让人雾里看花。
江湖传说比黄金还贵的石墨烯，到底是个啥？
它是怎么和动力电池扯上关系的？
而石墨烯电池，又有什么黑科技？
今天我就和大家一起看看这个神奇的石墨烯，还有“神奇”的石墨烯电池！
先来点儿理论知识：
大家都知道，碳有三种同素异形体，即金刚石、石墨和无定形碳。
烧烤用的碳就含有无定形碳，当然里面有杂质，无定形碳的原子排列有些杂乱，但也不是完全杂乱无章。而金刚石的每个碳原子排列很规则，都和另外四个碳原子构成正四面体。
石墨中的碳原子排列有点儿特殊，它是层状的，每一层的碳原子和另外三个碳原子连接，形成一个六边形网状平面结构。而层与层之间以分子间力结合，因此石墨不同层很容易滑动。所以家里的钥匙插不进锁孔，可以削一点儿铅笔芯润滑。因为铅笔芯就含石墨，好神奇啊，铅笔含石墨不含铅，却叫铅笔。
石墨
石墨烯就更神奇了，它是石墨的单层原子结构，如果我们拿铅笔很轻的在纸上画一条线，说不定就有单层石墨被剥离出来。2004年英国曼彻斯特大学的Geim和他的两个学生用胶带在高定向热解石墨上反复剥离最终得到了单层石墨。
从2010年石墨烯发明者获得诺贝尔奖开始，国际上对石墨烯的研究开始爆发，研究论文成指数增长，其中将近一半都是我国科研人员贡献的。
石墨烯是世界上首个被发现的二维材料，它的厚度0.335 nm，大约是头发丝的二十万分之一，台积电的5nm在它面前弱爆了。
石墨烯也不只是单层，它包括单碳层石墨烯、双碳层石墨烯、多碳层石墨烯（3-10层）。层数不能太多，太多那就是石墨了。
如果穿着石墨烯做的衣服，呃，那和没穿一样。
天将降大任于斯人也，必先苦其心志，劳其筋骨......
石墨烯都被扒的只剩一层皮了，你说它苦不苦，劳不劳？你说它要不要承担大任？
显然，石墨烯是带着历史使命问世的。
石墨烯特殊的结构，决定了它的导电性、导热性，强度都非常好，比表面积大。所以它在计算机芯片、电子材料、导热材料，高性能复合材料、环境处理、催化剂载体等领域具有潜在应用。
导电性、导热性，强度都好理解，比表面积是啥意思呢？它是指单位质量物质所具有的总面积。比表面积越大的物质，散热越好，和其他物质混合时，接触面积也越大。
知道为啥研究石墨烯的论文多了么？它在材料领域就是个万金油，哪里遇到困难了，先把它拿来试一试，说不定就大力出奇迹。
二次电池领域就是这种情况，咱说的二次电池可不是二手电池，而是可充电电池，也叫蓄电池。
二次电池，从铅酸到镍氢，再到锂电，一直都是各种问题。要么容量低，要么寿命短，要么娇贵，要么不安全，要么充放电慢。总之，这个领域是一言难尽，哪怕是能回收火箭的马斯克，也进展缓慢。
所以，电池遇上石墨烯，是水到渠成，也是历史的必然！
石墨烯电池，其实目前为止还没有一个完整的定义。
对石墨烯电池的研究，也是五花八门，大体上分为实验室路线和产业路线。
一、实验室路线
实验室路线不考虑产业转化，追求的是颠覆式的创新，所以更大胆，更疯狂。
目的是把石墨烯当主要材料，颠覆已有的化学电池，做出碾压锂电池的石墨烯电池。
举个实验的例子：用导线连接带状石墨烯两端，然后把石墨烯放在氯化铜溶液中加热，可以通过仪器检测到导线上面有电流。这是因为加热过程中氯化铜溶液中的铜离子活性变强，当铜离子穿过石墨烯时，使电子离开石墨烯。电子游离以后，会选择一个最短的路径移动，由于石墨烯和导线形成的路径比溶液的电阻更小，所以电子选择导线的路径行进，产生电流。
这个实验中电流的能量来源是热，这是一个绿色能源的研究方向。
总之，实验室路线天马行空，但是大家也能看出来，这类研究短期内是不可能形成产品的。
二、产业路线
产业路线的研究就实际多了。
既然实际，就不可能偏离现有的电池路线。
锂电池自然而然成了和石墨烯结合的最好目标。
产业路线包括如下几个方向：
1、替换现有的电极材料
首先，我们借用一张锂电池的经典图片，关于锂电池的细节，如果大家感兴趣我以后单独写文章展开讲，今天就不详细讲解了。
锂电充在充满电以后，锂离子都在左侧的电池负极（也叫阳极，大家注意没有写错，就是阳极），它们呆在哪里呢？当然是能够容纳锂离子的材料里面。这种材料有特定的结构，即可以容纳锂离子，又不明显变形 。一些锂盐可以做负极，更普遍的负极材料是石墨。
既然石墨能做负极，那性能更好的石墨烯当然也可以做负极啦。
但事情没有这么简单，因为锂电池容量的瓶颈不在石墨，而是在右侧的电池正极（阴极）材料，也就是三元锂、磷酸铁锂啥的。
虽然负极换成石墨烯除了增加容量，也能通过减少重量提高能量密度，还能加快充电速度。但是，石墨烯太贵啦，全用石墨烯估计也卖不出去了。
不用石墨烯替换负极材料，那就替换正极材料？
这个方案就不用想了，替换正极就不是锂电池了。
不能替换，就只能增强电极的活性。
2、增强现有的电极材料
上面说了石墨烯的特点，导电性好啊，比表面积大啊，所以如果添加在电极里面能够更好的帮助电子运动。
a. 石墨烯增强正极材料的活性
添加的方法包括覆盖法、混合法。
覆盖法是在正极材料外面覆盖形成包裹，但是这样会影响锂离子的通过。
所以更可行的方式是混合法，比如将LiFePO4纳米颗粒与氧化石墨进行超声混合，制得了微观结构更加工整的LiFePO4/石墨烯复合材料，导电效果提高后，能够大幅提升倍率性能。
b. 石墨烯增强负极材料的活性
利用石墨烯材料的导电性能和结构特点辅助纳米材料，改善其锂离子传输速率，从而提高锂离子电池的倍率性能，弥补原材料的缺陷和不足。
石墨烯作为负极材料的添加，比正极材料研究的要更深入，包括过渡金属氧化物/石墨烯复合材料和石墨烯改性硅基材料等。
3、作为导电添加剂
石墨烯优异的导电性能，使其可以作为导电添加剂优化电池的电导率。
但是在负极中应用石墨烯导电添加剂经济效益不大，因为负极大部分为石墨。
4、其他应用
石墨烯也可以作为电池散热的材料，通过提高锂离子电池与环境间的散热效率，提高电池的高温工作表现。
上面的这些研究方向，作为负极材料添加剂的研究是最深入的，然而就是这个方向，也还没有实现突破。
说了半天石墨烯电池的研究现状，咱们再说说广汽这次透露的石墨烯电池。
从信息上看，主要是两点：
广汽有自主的三维结构石墨烯技术。
广汽是将三维结构石墨烯作为添加剂添加进电池的正负极，改善电池充电性能。
怎么说呢，锂电池还是那个锂电池，配方稍微改了改，而且是实验性质的改。
而且3D石墨烯和我们上面说的石墨烯也不一样，如果是上面的片层石墨烯，那价格要高很多。石墨烯家族的产品种类很多，包括广汽研究的3D石墨烯一共有几百种之多。
其实市场上也有其他公司在做石墨烯电池，说穿了都差不多，在锂电池的基础上添加各种石墨烯家族产品。
而真正能够稳定量产，并且性能确实有明显提升的，没有！
所以，这就是锂电池换了个马甲啊！
广汽集团也强调，该技术最终能否实现量产仍需等待实车验证结果。另外，石墨烯电池快充技术的实现，还需解决成本、以及充电配套设施等问题。
广汽这次不能算是放了一个大招，过度解读对各方都不利。