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石墨烯電池真的要來了？充電8分鐘，續航300公裡！2020年底，某廠商電動車將採用石墨烯電池的消息又見諸網端，石墨烯究竟有什麼神奇之處？石墨烯電池真的能被成熟應用了嗎？今天，我們就來聊一聊這件事兒。
在很長的一段時間裡，石墨烯和量子技術一樣，一直是被過度炒作的焦點，各種石墨烯纖維、石墨烯內褲等產品層出不窮，一次次刷新著我們的底線。其實，作為一種新材料，石墨烯材料其實並不像大家想得那麼玄乎。
石墨烯樣品（圖片來源於網絡）
我們先說石墨烯在電池負極材料上的應用：石墨烯能和矽基材料搭配起來製成一種矽碳負極材料，大幅提升電池負極材料的容量，比容量將達到現有石墨負極材料的幾倍。
其實，電池的充放電過程就像一個裝卸貨的過程，貨物是鋰離子/原子，充電時，正極放出多少鋰原子，負極就要裝下多少鋰原子，放電過程則與之相反，單位質量正負極材料能夠容納的鋰原子/離子數量就是比容量。
目前，三元鋰電池的正極材料比容量最高只能做到200mAh/g左右，從NCM523電池到NCM811電池，鎳含量不斷提高，就是為了提升正極材料的比容量；鋰電池負極材料則一般採用石墨，比容量的理論上限在 370mAh/g左右。
乍一看，負極材料的比容量還算富裕，但是換一個思路想想，既然電池裡面的空間有限，如果把負極材料的比容量拼命提高，不就可以減少負極材料的總量，把剩下來的空間全部用來塞正極材料了嗎？要知道，目前已經攻克的石墨烯矽碳負極材料容量已經達到了1000mAh/g 以上。
更重要的是，電池中正極材料密度比負極材料大多了（電極材料壓實密度參考值：鈷酸鋰 4.15 g/cm；人造石墨1.5 g/cm ；磷酸鐵鋰2.2 g/cm；矽碳複合材料1.4 g/cm），結合這些數據，簡單計算一下你就會發現，用矽碳負極材料取代石墨後，竟然還能往電芯裡塞下近一倍重量的鈷酸鋰材料，這意味著，一臺特斯拉Model 3的續航裡程幾乎能達到1000km了，到那時，你還會考慮燃油車嗎？
另外，石墨烯最大的優勢是具有超高的導熱性與導電性，這裡有兩個知識點，石墨烯是目前已知材料中，導熱性能最好的材料（5000W/mK），同時也是電阻率最低的材料 (10^(-6)Ω·cm)。
三星研發的石墨烯球（顯微結構）
在現有的鋰電池看來，石墨烯簡直就是一種天降的神奇材料。比如三元鋰電池非常怕熱，在溫度達到200℃後，正極材料就會發生崩解而引發熱失控甚至起火；磷酸鐵鋰電池怕冷，溫度降低正極材料析鋰能力下降明顯，冬季續航腰斬讓車主崩潰。面對這些問題，石墨烯不愧為一劑良藥。
配合電池組的熱管理系統，石墨烯是最理想的導熱介質，能非常高效的實現電芯內部的增溫降溫。另外，石墨烯還能提升電池正負極的導電性能，想要提升電池充電速度，提高電池放電功率，石墨烯也是最好的補品。
比如，2020年中，國內有汽車廠商披露了該公司在石墨烯電池研發工作方面的進展，在當年年底完成石墨烯電池實車量產測試，運用石墨烯技術的電池將能在8分鐘充滿80%電量，同時可實現充電10分鐘、續航200-300公裡。
不過，達成這些數據的實驗條件外界是不得而知的，是否放在現實場景中？是否基於實際的量產車型？是否採用標準的NEDC續航測試方法？是否採用了標準充電樁？……唯有放在接近現實場景下測試出的充電時間才是一個能讓消費者進行參考的數值。
不過，目前電池行業內部對於何為石墨烯電池尚未有明確的定論，畢竟，現階段石墨烯僅僅是作為一種輔助材料運用於電池中，要是僅僅為了營銷噱頭拼命把產品和石墨烯聯繫到一起，那其實是對技術研發的褻瀆。
2018年，美國公司Fisker曾發布了名為Fisker-EMotion的電動車，據稱採用電池採用了石墨烯技術的Fisker-EMotion在快充模式下，9分鐘內可獲得160公裡的續航裡程，但這款車已經沒有後續消息了。
另外，石墨烯運用比較大的瓶頸還有價格因素。現在廣泛採用的負極材料——石墨的單價在5000元左右，計價單位是噸，而高品質的石墨烯的單價也是5000元左右，不好意思，計價單位是克。如今，隨著製備工藝的不斷改進成熟，近幾年，石墨烯的價格坐上了滑梯，一路走低。
在中國人面前，價格從來不是問題。同樣都是「碳」，曾經的人造鑽石也是天價，直到中國人入場了，河南省承包了全球90%以上的人造鑽石生產，人造鑽石直接成了「白菜價」。
其實，作為一種新材料，石墨烯憑藉出色的材料特性，一直佔據著高光，卻不幸被一些行業抓來當做了噱頭，在熱度之下，提升電池容量和功率最重要的途徑依然是提升正極材料性能，同時，半導體功率元件、熱管理系統都是木桶的一塊板，不可偏廢，沒有任何一種技術是真正的「萬金油」。
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