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年年都被热炒的石墨烯电池,其实是个花架子

作为如今电子产品的“发动机”,电池无疑是包括智能手机在内的这类产品中作为最要的部件之一,毕竟没有电池提供的能量,再好的手机也只能当块砖头使了。随着近年来智能手机在性能及功能性方面的不断加强,也使得电池的续航问题成为了外界关注的焦点。

但现阶段想要让手机的续航能力提升,无外乎加大电池容量和提升充电速度两种解决方案,而近年来手机厂商则不约而同选择了“两手都要抓,两手都要硬”的方针,如今新品的电池容量是越来越大,并且快充的功率也已经是越来越高。

年年都被热炒的石墨烯电池,其实是个花架子

不过无论手机厂商如何创新,到目前为止依然没有跳出锂离子电池的范畴,并且由于外界对于电池技术的变革都极为关注,因此自然有需求自然就有供给。这不,近来石墨烯电池相关信息又开始冒头了,日前就有消息称华为或将会在P40系列上采用石墨烯电池。当然,这一消息很快就被华为方面出面辟谣。

其实华为方面会辟谣的原因也很简单,因为现阶段石墨烯电池这事儿就不靠谱。而所谓石墨烯,是一种由碳原子组成的二维碳纳米材料,是已知强度最高的材料之一,并且具有超强导电性、很高的载流子迁移率,以及非常好的热传导性能,因此被认为是一种未来革命性的材料。而石墨烯走入大众的视线,则是源于2010年的诺贝尔物理学奖,这一年的诺贝尔物理学奖是为了表彰英国曼彻斯特大学物理学家安德烈·盖姆和康斯坦丁·诺沃肖洛夫,在单层和双层石墨烯体系中分别发现了整数量子霍尔效应及常温条件下的量子霍尔效应。

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既然石墨烯是这样一种具有如此多优点的新型材料,为何石墨烯电池就不靠谱呢?其实这还要从我们是如何获得石墨烯说起。在学界和工业界公认有1-2层nanosheet的石墨烯(Graphene)才是真正的石墨烯,而这种材料的制备成本可谓是非常高昂。

目前,石墨烯的制备主要有机械剥离法、化学气相沉积法(CVD)、氧化-还原法,和溶剂剥离法。其中机械剥离法是安德烈·盖姆发现石墨烯的方法,即使用M3胶带反复撕扯石墨,直至获得单层的石墨烯,但其非常的耗时费力;氧化-还原法则是经过超声分散制备成氧化石墨烯,然后加入还原剂去除氧化石墨表面的含氧基团后得到石墨烯,成本较低但环境污染大;而化学气相沉积法(CVD)则是三星在2017年宣布制作出“石墨烯电池”的方法。

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但无论是那种方法,它们的共同点却都是成本不菲。按照我们在互联网上搜索获悉,石墨烯目前的价格通常在数千元每克,因此如果用这一材料的电池,即便是只使用10g,也意味着其价格将在数万元。强如苹果在将iPhone的售价推至万元后,都吃足了销量下跌的苦头,华为自然也不可能做出这种荒诞的决定。

事实上,华为虽然市场就与石墨烯传出“绯闻”,但在华为官网上正儿八经的与石墨烯扯上关系的仅有一次。就是在2016年年末的第57届日本电池大会上,华为中央研究院瓦特实验室宣布推出业界首个高温长寿命石墨烯助力的锂离子电池。

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众所周知,1991年索尼发布了人类历史上第一个商用锂离子电池,这一成果的影响一直绵延至今。而索尼得以在电池领域翻开新篇章的,则是靠着在今年刚刚获得诺贝尔化学奖的吉野彰,他开创性的用碳(石墨)代替金属锂作为锂电池的负极,结合钴酸锂正极,从根本上改善了锂电池的容量和循环寿命,并大幅降低了成本。

准确来说,目前所谓的石墨烯电池严格来说,应该叫做正负极之中添加了石墨烯材料的电池,利用石墨烯良好的导电性能将其作为一种导电剂增加倍率性能,让锂离子可以在石墨烯表面与电极之间快速穿梭。因此在理论上是能够提升电池的充放电速度,但对于电池容量却并没有改观。

年年都被热炒的石墨烯电池,其实是个花架子

也就是说石墨烯电池即使真的商用,也只是进一步提升手机的快充能力,但说是电池领域革命就未免过于夸张了。事实上与其期待石墨烯电池,还不如关注一下理论比容高达4200mAh/g的硅负极材料,这或许才是锂离子电池碳基负极升级换代的“潜力股”。

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