石墨烯電池為什么沒有取代鋰電池（1）

石墨烯被研究者和各大媒體譽為“新材料之王”，是人類已知強度高、韌性好、重量輕、透光率高、導電性佳的新型納米材料。

集萬千光芒于一身的石墨烯聚合電池，有著比能量高、充電速率快等優點，正好是當今電動汽車的痛點所在。比如早在2015年，華為瓦特實驗室在日本第56屆日本電池大會上發布的一項快充技術，這款3000mAh的石墨烯電池僅需5分鐘，就可獲得高達48%的電量。

更有甚者，早在2014年，西班牙Graphenano公司就與西班牙科爾瓦多大學，合作研究出了首例石墨烯聚合材料電池。

按他們的說法，這款電池有著諸多優點：

1. 一個石墨烯電池的比能量超過600wh/kg，儲電量是當時市場最好產品的三倍，這個表現放在當今都能呈碾壓態勢（比如目前比亞迪磷酸鐵鋰電池的單體能量密度為150~160Wh/kg、特斯拉最新的21700電池系統的能量密度在300Wh/kg左右）；

2. 單次續航里程可高達1000公里；

3. 單次完全充電僅需8分鐘以內；

4. 使用壽命是傳統氫化電池的四倍，鋰電池的兩倍；

5. 重量僅為傳統電池的一半；

6. Graphenano表示，此款電池的成本比鋰電池低77%。

如果從實驗室角度看，這些數據我并不十分懷疑，因為石墨烯電池又被稱為“圈錢利器”或“論文利器”。不信去大學看看就知道了，研究這東西很好發文章，但真到實用階段，基本都啞火了。

驗證這是不是故意貶低石墨烯電池，方法很簡單。比如距今已經過去了4年之久，Graphenano公司再也沒出現在我們的視野中。

從其官網看，最新的新聞基本都是參加國家會議或石墨烯在其他產品上的應用（比如牙科產品）。放著廣闊的電動汽車市場不要，賺醫學用品的錢，要么就是腦袋秀逗了，要么就是我們過分高估了他們的產品。

事實上就目前石墨烯在電池上的應用來說，主要是和硅結合，所謂的石墨烯電池，本質上還是屬于鋰電池。對鋰離子電池來說，石墨烯作為碳基負極材料，是沒有辦法從根本上改變鋰離子電池能量比數量級的。

在電池負極里面代替原來的石墨，雖然可以提升電池的整體容量和充電速度，但性能提升效果有限，并沒到上文所述那般強勢。

附：上圖為斯坦福大學崔屹教授團隊在Nature Nanotechnology上發表的題目為“Air-stable and freestanding lithium alloy/graphene foil as an alternative to lithium metal anodes”的研究成果。即便如此，其性能也沒有達到碾壓的程度。

當然，這并不是阻礙石墨烯電池面市的主要原因，量產化困難的主要原因在其內部。

1. 全石墨烯電池成本十分高昂，而且制備難度大，幾乎不可能量產。現在公布的一些驚人數據基本都來自純度極高的石墨烯電池，僅出現在概念階段或實驗室內；

2. “摻雜石墨烯電池”在鋰電池上的作用是導電劑或電極嵌鋰材料，但與傳統的導電碳和石墨低廉的成本相比，前者帶來的性能提升不足以吸引各廠家；

3. 石墨烯材料本身具有的高比表面積等性質，與現在的鋰離子電池工業的技術體系無法相容；

4. 除此之外，比如其他材料的沖擊（比如硅在做負極上有著更高的理論容量）和分散工藝難度高等問題，都制約著它在鋰電池上的應用。

總之，首先要說明的是，石墨烯電池取代鋰電池在中短期內基本是不可能的；“摻雜石墨烯鋰電池”雖然有著一定的應用前景，但收效并不大，完全不足以撼動現今的格局。