浅谈未来的潜力股石墨烯电池要走的路

在消费电子领域，电池容量和充电速度一直是一个不变的话题，很多厂商都把充电时间和电池容量作为产品噱头。放眼全球电子设备市场，已经出了很多年的锂电池依然是这个领域的绝对霸主。市面上几乎所有的智能手机都内置了这种电池，甚至波音的787梦想飞机也内置了大量的锂电池。

而锂电池在安全性、续航能力、环境污染、充电速度等方面的巨大缺点，已经严重制约了各大高科技产业的发展。因此，许多企业的R&D部门都将目光投向了更先进的“石墨烯电池”(石墨烯电池)，相信这种新型电池将在未来完全取代已经问世超过26年的锂电池。

什么是石墨烯电池？

石墨烯是一种二维材料，具有六方蜂窝状晶格，由sp2杂化轨道的碳原子组成，只有一个碳原子的厚度。目前，石墨烯是世界上最薄最硬的纳米材料。它几乎完全透明，仅吸收2.3%的光，也是世界上电阻率最低的材料。

所谓石墨烯电池是利用锂离子在石墨烯表面和电极之间快速大量穿梭运动的特性开发的新能源电池。目前，作为最薄、最硬、导电导热能力最强的纳米材料，石墨烯的概念自2004年问世以来就备受关注。

以动力电池领域为例，石墨烯是一种很有前景的锂离子电池正负极材料。同时，石墨烯聚合物电池的重量仅为传统电池的50%，成本将比锂电池低77%。从性能上看，石墨烯锂电池一次充电不超过10分钟。

石墨烯因其独特的特性被称为“神奇材料”，科学家甚至预言它将“彻底改变21世纪”。

理想很美好。

众所周知，智能手机领域应用最广泛的电池材料仍然是锂电池，它于1991年首次商业化，随后成为电子设备的标准。但很多人认为这项技术已经达到极限，希望找到替代来源，于是石墨烯电池技术进入了人们的视线。



根据目前的消息，三星下一代旗舰机型Galaxy S9将采用石墨烯电池取代现有的锂电池。这种电池在相同体积下的存储容量约为锂电池的45%，但可以在12分钟内充满电，在高达60摄氏度的环境下也能保持较高的稳定性。这使得这种材料电池不仅非常适合智能手机，也非常适合电动汽车。

据悉，三星研究院已经找到了大规模结合石墨烯和二氧化硅的方法。这种融合的材料被称为“石墨烯球”，具有爆米花状的结构。研究人员指出，这项技术不仅提高了电池的稳定性，还提高了导电性，“极大地提高了阴极的可循环性和快速充电能力”。更重要的是，它们的能量密度接近800Wh/L，与特斯拉使用的锂离子电池差不多。

外界认为，如果三星是世界上第一家成功将石墨烯电池投入量产设备的制造商，将使这家韩国公司长期成为石墨烯材料的独家供应商或专利持有者，这也将对公司的营收和全球地位有很大帮助。

同时“石墨烯电池”的概念在新能源汽车领域被反复提及，似乎已经成为电动车电池技术的突破口。石墨烯电池被称为“里程碑黑科技”，号称可以延长电动汽车的续航里程和续航时间，缩短充电时间。

最具代表性的可能就是菲斯克(Fisco)创始人亨利·菲斯克(Henry Fisco)研发的菲斯克EMotion电动车。FiskerMotion将采用新的石墨烯电池材料，充电九分钟后可行驶208公里，最大续航里程644公里，最高时速259公里。这款车预计将于2020年率先在英国销售。

此外，国内媒体报道称，浙江大学科学家利用石墨烯薄膜作为阴极材料，研发出一种新型铝-石墨烯电池。这种电池使用寿命长，能在极短的时间内充满电，能在零下40℃到120℃的温度范围内正常工作。

而且这次研发的铝-石墨烯电池有一些目前其他电池无法比拟的特点。比如铝-石墨烯电池在零下40℃的低温下依然可以稳定充放电1000次；高温到100℃，稳定充放电45000次，即使电芯接触火焰也不会起火爆炸。这种宽广的温度应用范围为铝离子电池未来在极端温度条件下的应用奠定了基础。

此外，该电池具有良好的柔韧性，经过10000次弯曲后容量仍能保持不变，显示了其在可穿戴柔性电子设备中的应用潜力。

现实很骨感

目前石墨烯电池在资本市场上有着巨大的想象空间，但很多学者认为石墨烯电池还是实验室的产品，真正的量产还遥遥无期。

北京有色金属研究总院高级工程师清华大学博士刘观伟在接受国家商报记者采访时表示，“首先，对于石墨烯电池如何定义存在分歧。石墨烯加入电极材料时定义石墨烯电池有误导性。关于石墨烯电池的消息仅限于一些表面报道，甚至连电池的结构和反应机理示意图都没有，能量密度、电压、循环寿命等具体技术参数也缺乏。对于电池行业来说，没有这些信息，报道的新闻就缺乏最基本的可信度，虚假夸大宣传的可能性极大。”

中国石油大学教授李勇锋也持怀疑态度。他认为，目前石墨烯在电池中的应用主要是与电池负极中的硅结合，替代原有的石墨，可以提高电池的整体容量和充电速度，但性能提升效果有限，网上传言的颠覆性提升也不太现实。此外，有业内人士提到，石墨烯的表面特性受化学状态影响较大，批次稳定性、循环寿命等问题难以满足锂电池生产的细节要求。

中建投的报告也显示，性能优异的石墨烯产品何时能走出实验室还是未知数。比如石墨烯作为透明导电膜时，其工业产品的制备存在一定的瓶颈，使得产品中石墨烯原油的低电导率无法发挥。由于单层石墨烯没有带隙，无法实现逻辑电路必备的晶体管开关功能，工艺复杂度大大提高，因此在微电子领域的广泛应用尚需时日。

诚然，石墨烯被认为是未来最有潜力的材料之一，但目前来看，其泡沫成分大于其实际应用价值。阻碍这种材料普及的因素很多，大规模生产和成本是普及的主要障碍。石墨烯电池短时间内完全替代锂电池恐怕还有很长的路要走。