隨著各國燃油車禁售日期逼近，新能源車越來越火，但是，新能源車的續航里程和充電一直是消費者擔心的問題，于是各種新型能源不斷推出，如氫能源、石墨烯技術的研究也如火如荼。據說，用石墨烯聚合材料電池的新能源車續航能達到1000km？而且國產采用石墨烯技術的新能源車已經進入測試階段？如果是真的話，那未來的新能源車將有更大的發展潛力哦~~

1石墨烯材料

石墨烯（Graphene）是一種以sp2雜化連接的碳原子緊密堆積成單層二維蜂窩狀晶格結構的新材料。石墨烯具有優異的光學、電學、力學特性，在材料學、微納加工、能源、生物醫學和藥物傳遞等方面具有重要的應用前景，被認為是一種未來革命性的材料。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，用微機械剝離法成功從石墨中分離出石墨烯，因此共同獲得2010年諾貝爾物理學獎。石墨烯常見的粉體生產的方法為機械剝離法、氧化還原法、SiC外延生長法，薄膜生產方法為化學氣相沉積法（CVD）。

簡單來講，這種材料在很多方面具有非常優異的特性，在很多方面具有重要的應用前景。對于石墨烯這種萬能的革命性“神奇材料”，科學家甚至預言其將“徹底改變21世紀”。

2石墨烯給新能源電池驚喜

我們都知道電池技術是電動汽車推廣和發展的最大門檻，從1884年第一輛量產化的電動汽車開始到現在，由于電池技術的緩慢發展，讓本來年長幾歲的電動車見到燃油車如見長輩一般羞澀。

目前電池產業正處于鉛酸電池和傳統鋰電池發展均遇瓶頸期，神奇的石墨烯似乎讓其煥發了第二春。它不僅是世界上最堅硬、導熱系數最高的材料，也是世界上電阻最小的材料。它可制造輕便、耐用、適用于高容量儲能的電池，并能大大縮短充電時間，是理想的電池材料。

一個石墨烯電池的儲電量是目前市場上最好的產品的三倍。這種電池使用壽命是傳統氫化電池的四倍，是鋰電池的兩倍。用它來提供電力的電動車最多能行駛1000km。而將它充滿電只需要不到8min的時間。石墨烯電池的重量可以減少為傳統電池的一半。

據報道，2014 年一家名為Graphenano的西班牙石墨烯創業公司與科爾瓦多大學合作研究出全球首個石墨烯聚合材料電池，用此電池提供電力的電動車最多能行駛 1000km，而其充電時間不到 8min，由此可見石墨烯對電池容量和充電速度提升有多大。

3石墨烯+電池≠石墨烯電池

對于新能源汽車動力電池——石墨烯電池技術，目前討論最多的，結合專業角度的解讀，石墨烯結合鋰動力電池有兩種使用方法，一是用石墨烯的復合材料作為鋰動力電池的導電劑，二是直接用作負極。效果都是增加鋰動力電池的活性，從而提升電動汽車的續航里程、充電速度。目前不少電動車企業宣稱的石墨烯電池本質上還是鉛酸電池，只是正負極使用了石墨烯材料，能有效降低充放電的電阻，一定程度上提升電池的使用壽命和容量，這個比例大概是10%~20%。

石墨烯能和硅基材料搭配起來制成一種硅碳負極材料，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采用石墨，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，既然電池里面的空間有限，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硅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 4.15g/cm3；人造石墨1.5g/cm3 ；磷酸鐵鋰2.2g/cm3；硅碳復合材料1.4g/cm3），結合這些數據，簡單計算一下你就會發現，用硅碳負極材料取代石墨后，竟然還能往電芯里塞下近一倍重量的鈷酸鋰材料，這意味著，一臺特斯拉Model 3的續航里程幾乎能達到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，這里有兩個知識點，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℃后，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。

4石墨烯電池應用情況

1.國外情況

2018年，美國公司Fisker曾發布了名為Fisker-EMotion的電動車，據稱采用電池采用了石墨烯技術的Fisker-EMotion在快充模式下，9分鐘內可獲得160公里的續航里程，但這款車已經沒有后續消息了。

2.廣汽應用情況

廣汽從2014年開始研究石墨烯的大規模制備，已具有獨立自主知識產權的3DG石墨烯制備技術，并且還將石墨烯材料應用在快充鋰離子電池、超級電容、鋰硫電池和輕量化車身材料等多個領域。目前，廣汽已從電芯、模組、搭載整車多個層面初步驗證石墨烯技術，石墨烯電池的量產應用也許很快就會到來。

從廣汽集團官網可以看出，2020年7月份，廣汽集團在其科技日活動上集中展示的創新科技成果之一的黑科技就是石墨烯科技。

基于石墨烯優良的導電性和特殊的三維結構，廣汽開發了一款超級快充電池，它可以做到8min充滿80% 電量，可以實現充電10min、續航200~300km。充電速度堪比加油，這將為用戶節省大量充電等待時間，提高汽車使用效率。

據報道，廣汽集團在2020年底，用石墨烯動力電池進行了實車量產測試。該產品的引入，將有效解決目前電動車所面臨的兩大核心問題，即充電和續航。

另外，相比三元鋰電池或磷酸鐵鋰電池，石墨烯電池還擁有更高的充電效率以及更長的使用壽命等優勢。

不過， 石墨烯電池也有一個非常致命的缺點——生產成本高。這將使得搭載石墨烯電池的新能源汽車售價變得不夠平易近人，對于大眾消費者而言，用上該技術或許還需要等待一段時間。

當然，換個角度來看，石墨烯電池與高端新能源汽車品牌堪稱絕配，后者有充足的利潤空間吃掉多余成本，而石墨烯電池所給用戶帶來的優秀體驗，則可以幫助高端新能源汽車品牌在市場上建立優勢，再次向更高的價位進行突破。事實上，廣汽集團研發該技術，目的也是為了建立高端新能源汽車品牌。

據悉，廣汽集團的石墨烯電池技術的首秀將用于子品牌埃安電動汽車之上。該技術不僅可以幫助埃安迅速在市場上站穩腳跟，打響知名度，還可以幫助廣汽旗下新能源汽車擺脫對頭部動力電池廠商的依賴，促使頭部電池企業加快技術創新速度，總體來看，有助于動力電池市場的穩定發展。

只是，考慮到我國充電網絡的承受能力，目前即便石墨烯電池技術通過測試，搭載該技術的汽車成功上市，快充想要普及也需要較長時間。

5結語

目前電池行業內部對于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于電池中，不能為了營銷噱頭拼命把產品和石墨烯聯系到一起，那其實是對技術研發的褻瀆。

另外，石墨烯運用比較大的瓶頸還有價格因素。現在廣泛采用的負極材料——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，隨著制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，這將有利于石墨烯技術在電池中的應用。
編輯：hfy