為什麼石墨烯電池值得我們激動?

2021-01-18 上海科協

▷首先，石墨烯是一種從石墨材料中剝離出來的二維材料。

它由純碳製成，一個個碳原子有序排列形成蜂窩狀平面薄膜，只有一個碳原子厚度，所以又叫做單原子層石墨。


▷單原子層的石墨烯到底有多薄呢？

石墨烯一層層疊起來就是石墨，厚1毫米的石墨大約包含300萬層石墨烯。所以當我們用鉛筆在紙上輕輕划過，留下的痕跡就可能是幾層石墨烯。


▷石墨烯既是最薄的材料，也是最強韌的材料。

石墨烯的斷裂強度比最好的鋼材還要高200倍。同時，它的拉伸幅度能達到自身尺寸的20%。它是目前自然界最薄、強度最高的材料，如果用一塊面積1平方米的石墨烯做成吊床，重量不足1毫克的石墨烯吊床可以承受1隻重達1千克的貓。 


▷那麼，性能如此優異的石墨烯為何到現在還遲遲未進入商用領域呢？

實際上，石墨烯本來就存在於自然界，只是難以剝離出單層結構。直到2004年，英國曼徹斯特大學物理學家安德烈·蓋姆和康斯坦丁·諾沃肖洛夫成功從石墨中分離出了石墨烯，這是石墨烯首次單獨存在於實驗室，兩位科學家也因此共同獲得2010年諾貝爾物理學獎。


▲安德烈·蓋姆和康斯坦丁·諾沃肖洛夫


從實驗室到應用領域，科學家們對石墨烯寄予厚望，甚至預言這一「新材料之王」極有可能掀起一場席捲全球的顛覆性新技術新產業革命，徹底改變21世紀。


▷那麼，當石墨烯遇上手機電池，將出現哪些革新奇蹟？

石墨烯獨特的二維單原子層結構可以擴大電池內部的結構間隔，使鋰離子獲得高速率通道的可能，從而擁有比普通鋰離子電池更好的性能。西班牙科爾瓦多大學的研究數據顯示，石墨烯電池的重量只有鋰離子電池的50%，儲電和續航能力卻是鋰電池的4倍以上。另外，根據美國倫斯勒理工學院的研究，石墨烯電池的充放電速度是鋰離子電池的10倍。




▷這意味著我們可以期待：

石墨烯做的手機電池可以打破手機使用時間的瓶頸。

目前，鋰離子電池越來越難以滿足消費者的日常需求，很多消費者經常抱怨手機需要一天兩充甚至一天三充。而石墨烯電池憑藉強大的儲電能力，可以極大地提高手機電池的使用時長，並且縮短充電時間。

石墨烯電池可以打破手機設計空間的瓶頸。

石墨烯電池擁有極高的能量密度，可以用更小的空間提供更多的電量，從而節省了手機的設計空間，使得手機變得越來越纖薄。

石墨烯電池可以打破手機解析度的瓶頸。

憑藉極高的儲電能力和出色的散熱性，石墨烯電池可以在提升手機解析度的同時，提供良好的用戶體驗，有利於提升手機的視覺效果。另外，石墨烯電池還滿足了VR對於高解析度的需求，為手機與VR的結合提供支撐。

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