试想下，你是一名电动汽车车主，在这个寒冷的冬天里，一边扶着方向盘，一边战战兢兢地看着显示屏上的剩余电量，算计着里程，唯恐半路趴窝。这时，突然有人告诉你，一种神奇的快充电池诞生了！续航航程达到了1000公里，充电8分钟，电量就能恢复到80%，你是不是会喜极而泣，欢欣鼓舞呢？
在部分新能源造车和电池企业的描述中，石墨烯是这样的 | marvel.com
确实，就在前几天，某国产汽车制造大厂就宣布了，这样一款神奇的“超级电池”已经研发成功，并且在2021年内就可以实现量产。那么问题来了，这种超级电池究竟是用了什么黑科技材料？难道如同漫威电影《黑豹》里的情节，天上掉下振金了？
放大后的石墨烯结构图 | en.wikipedia.org
当然，振金在现实中是不存在的，而这款超级电池中所使用的新材料，叫石墨烯。顾名思义，它就是从石墨里面分离出来的一种新型纳米材料（单原子层薄膜），长得还丑，薄薄一层，单层厚度只有0.35纳米，几乎是一根人类发丝直径的28万分之1，结构如同蜂巢。
虽然其貌不扬，但是石墨烯却拥有一长串的称号，例如，“新材料之王”、材料界的“黑金”，诸如此类。石墨烯的最大优点是导电性极强，电阻几乎可以忽略不计。如果把电流比作车辆，那么石墨烯就堪称一条路况超级优良，且没有任何收费站与交通管制灯的超级高速公路：电子在石墨烯中的运动速度极快，达到光速的 1/300，远远超过在一般导体中的运动速度。另外，由于拥有巨大的表面积（3 克石墨烯的比表面积相当于一个足球场），利于电荷聚集，所以石墨烯材料的储电能力非常优秀。
由于充电和放电过程都不涉及化学反应，从而让石墨烯存电量大（较之锂离子电池高45%以上），能耗少，并且又耐热又耐寒，听上去真的非常完美，精确解决现有电动汽车锂电池充电慢，寿命低，寒冷条件下表现不佳的痛点。
想变超级电池，前面还有三道坎
然而，俗话说：“太好的消息，多半是假的”。在实验室条件下，导电性能优良，存电量优秀的石墨烯，距离变成能够装进新能源汽车的超级电池，还有很长的一段路要走。
一种主流石墨烯电池设计方案，将石墨烯材料与钛酸锂材料混合，制成电池负极，改善电池充电速度与电容量| blogcanaribat.es
首先，如果我们要完美体验石墨烯的快速充电属性，现有的充电条件还跟不上。在实验室条件下，用石墨烯材料做个微型充电宝，实现快速充电当然没问题，但是如果想做成大型电池组放进电动汽车，就是另一回事了。
特斯拉第3代充电站超级充电桩，功率不过250千瓦，远远不能体验石墨烯“快充”的优越性 | tesla.com
为什么这样说，根据计算，一个电量150千瓦时的电动汽车电池组，如果想要在8分钟内就能达到充电量80%，那么充电桩的功率需要达到900千瓦（kW）。然而，市面上现有的电动汽车充电桩功率是多少呢？高大上的特斯拉在2019年公布的第3代充电站超级充电桩，也不过是250千瓦，而普通电动汽车家用充电桩的功率可能只有几十千瓦。所以说，如果充电桩功率太低，石墨烯导电快速的优点根本没法体现。在现有技术条件下，大规模普及功率如此高的充电桩网点，现有电网恐怕无法承受，安全性更是不可预知，估计只能去请皮卡丘帮忙了。
现阶段妨碍石墨烯超级电池诞生的第二个原因，就简单多了，一个字——贵！目前石墨烯的生产，使用是机械剥离法，成本高且产能低，目前市面上的石墨烯材料价格大约是每克100美元，作为实验室耗材买起来都要咬牙，如果真用来制造电池内部导电材料主体，那画面简直太美不敢看：要知道，传统导电材料炭黑和石墨都是论吨卖的（每吨几万元），论克卖的石墨烯哪天能降到这个水平？即使不计成本做成电池里装，估计也只有阿拉伯产油国土豪有兴趣买。
当然啦，现在市面上盛行的石墨烯电池方案，都是在锂离子电池中掺入了微量石墨烯，作为电池负极或导电材料添加剂，成本并不是很高；但这又引发了新的问题：石墨烯材料虽然导电快，储电性能好，但放在锂电池中，对电池性能的提升却十分有限，甚至会妨碍电池中锂离子的流动。这可非常要命，毕竟现在的锂电池放电做功，就是靠锂离子这个勤勤恳恳的搬运工，在电池内部的电解质里，不断将电能从正极“搬运”到负极来实现的。
锂离子的活动受阻，就意味着电能的浪费。说的通俗一点，就是，按照现有设计方案造出来的石墨烯电池，如果装在电动车上，车主面临的问题将会是：充电很快，电池电量也多了一些，但是，开一会就没电了，需要重新再充，这就真成了郭德纲相声《西征梦》里的场景：从北京飞到美国，这直升飞机一路上加了好几百回油。
所以说，石墨烯 电池，真的是看上去很美，但暂时还是一朵生长在实验室里，尚未绽放的技术之花。
作者：固瑞克斯坦
编辑：朱步冲
一个AI
开电动车出去，后面跟一个烧油的充电车就放心了
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