鉅大LARGE | 點擊量：975次 | 2018年11月21日
“快速充電”石墨烯電池面世
2018年10月22日，中國三星官方微博預(yù)告了三星將在手機中采用石墨烯電池。
中國三星官方微博強調(diào)，石墨烯電池本質(zhì)上還是一種鋰電池，只不過“鋰離子在石墨烯表面與電極之間大量穿梭”。
這個電池是三星綜合技術(shù)研究院與首爾大學(xué)化學(xué)與生物學(xué)院合作研發(fā)出來的。
那么問題來了……
石墨烯到底是什么？
符合Exic IIB T4 Gc防爆標準
充電溫度：0~45℃
-放電溫度：-40~+55℃
-40℃最大放電倍率：1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
石墨烯是一種新型的二維材料。
什么是二維呢？
我們知道，我們?nèi)祟惿钤谄渲械目臻g是三維的，每一個墻角都有3個相互垂直的方向，這就是三維空間的基本特征。
而對于一張紙來說，如果我們不考慮紙張的厚度，那么這張攤平了的紙可以用一個平面直角坐標系來覆蓋，紙上的每一個點都有一個坐標，這個坐標只需要（X，Y)兩個數(shù)字就夠了，所以，一張紙是二維的。
石墨烯與紙也差不多，但石墨烯比紙張更薄，石墨烯的厚度可以看成近似為零，因為它只是一層單原子石墨。單個原子的半徑在1個納米左右，所以石墨烯可以被看成是一種納米材料。
石墨烯是20年前由英國曼徹斯特大學(xué)教授安德烈·海姆以及他的研究生們發(fā)現(xiàn)的。據(jù)說當(dāng)時安德烈·海姆讓他手下的一位中國留學(xué)生尋找石墨烯，但這個中國研究生做了幾個月，分離出來的石墨的厚度始終停留在微米量級，距離納米級別的單層石墨還有1000倍的差距。
就在這個進退兩難的窘境里，安德烈·海姆的博士后康斯坦丁·諾沃肖突發(fā)奇想，他想到用膠帶紙來撕石墨片層，最終也許可以得到單層石墨烯。他們就是用這樣一個很“幼稚”的點子，制備出了世界上第一個二維的晶體物質(zhì)石墨烯。
這個項目在得到了2010年的諾貝爾物理學(xué)獎后，引起了產(chǎn)業(yè)界的極大興趣。
對于三星來說，他們宣布造出了石墨烯電池，這個新的石墨烯電池最大的優(yōu)點是安全性和極高的充電速度。
什么是石墨烯電池？
石墨烯是一種由碳原子以sp2雜化軌道組成六角型呈蜂巢晶格的平面薄膜，這個薄膜的厚度只有一個碳原子的直徑。
正如中國三星在微博里指出的那樣，石墨烯電池是利用鋰離子在石墨烯表面和電極之間快速大量穿梭運動而開發(fā)的一種電池。
據(jù)相關(guān)介紹，石墨烯電池12分鐘就可以充滿3000mAh+容量電池，因此可以實現(xiàn)真正的“快速充電”。
那么，為什么鋰離子可以在石墨烯表面之間快速穿梭呢？這一點目前還沒有相關(guān)的詳細報道。不過，公開資料顯示，石墨烯的導(dǎo)電速度是硅的140倍，所以從這個意義上來說，快速充電也許與石墨烯的導(dǎo)電速度有關(guān)。據(jù)報道，三星綜合技術(shù)研究院的研究人員發(fā)現(xiàn)，利用二氧化碳氣體他們可以把石墨烯做成爆米花的形狀，他們把這種爆米花稱為“石墨烯球”。把這些石墨烯球覆蓋在電池電極的表面做成正極保護膜，這就可以提高充電速度。
一般的鋰電池需要充電1小時也就是60分鐘才能充滿，而這種石墨烯電池則可以縮短為12分鐘。用上了石墨烯的鋰電池的充電速度變成原來的5倍，這簡直就是把原來的羊腸小道變成了高速公路。
而且，相對一般鋰電池來說，石墨烯電池的安全性也大大提高，它不會因為溫度升高而出現(xiàn)傳統(tǒng)鋰電子那樣發(fā)熱起火的問題（三星的手機電池曾經(jīng)發(fā)生過多起爆炸起火事件，所以三星對電池的安全性有著非常迫切的需求）。
石墨烯電池的最終效果還需要市場的檢驗
在消費電子領(lǐng)域，充電速度一直是廠家必爭之地。所以，有不少廠商都把充電時間作為產(chǎn)品宣傳的核心要素。三星的這款石墨烯電池如果真的能實現(xiàn)5倍快進充電，那么其市場潛力可以說是無限的。
在全球電子設(shè)備市場，鋰電池的地位非常特殊，它是動力之源，沒有電池，電子設(shè)備無法工作。因此在股票市場，鋰電池概念也一直受到資金的追捧，比如以前的贛鋒鋰業(yè)就是一只在A股市場上的大牛股。
但是，所有有研發(fā)經(jīng)驗的人都有一些體會：一個產(chǎn)品在某方面上性能的提升，很可能是犧牲另外一方面的技術(shù)指標換來的。這種不可對易性可以成為高科技產(chǎn)品研發(fā)的一個常見現(xiàn)象。
那么，石墨烯鋰電池優(yōu)點是不是真的像宣傳報道的那樣突出呢？因為大多數(shù)老百姓缺乏鋰電池的相關(guān)專業(yè)知識，對此也不好判斷。而輿論上對這種石墨烯電池的評價褒貶不一。
有一種觀點認為，石墨烯電池雖然充放電速度快，但它還有一個最大的問題，那就是它的總電量會降低，只能達到現(xiàn)有鋰電池的一半，而且這還是一個理論極限（一塊石墨烯電池達不到相同體積的鋰電池的電量，因為正極需要容納鋰離子，負極需要容納鋰原子的，中間還得隔開不能短路，還得有電解質(zhì)，這限制了體積利用效率。）實際工業(yè)化產(chǎn)品由于工藝及成本問題，電池的總電量往往只能有同體積鋰電池的20%左右。因此，雖然充電速度提高了，但充電的總電量降低了，這會引起手機等電子產(chǎn)品的待機時間減少，這對于苛刻的用戶來說也許是不能接受的。
另外一方面，石墨烯電池還有一個天生的大問題就是成本問題。石墨烯電池的制備成本很高，這也許也是石墨烯電池?zé)o法大規(guī)模商業(yè)化應(yīng)用的其中一個原因。
所以，到底是騾子是馬，還得拉出來溜溜，石墨烯電池作為一個工業(yè)品，市場才是檢驗石墨烯電池的唯一標準。
中國華為的石墨烯電池怎么樣？
三星已經(jīng)推出了石墨烯電池，雖然目前公眾對三星的采取的石墨烯技術(shù)路線圖還不是很清晰。但毫無疑問，如果石墨烯電池真的具有市場優(yōu)勢，那么這必將在消費電子領(lǐng)域引起偉大的變革。
在這個關(guān)鍵的時間點上，中國企業(yè)又有什么動作呢？
中國的華為以追求高技術(shù)創(chuàng)新聞名于世，而且華為在芯片與手機等領(lǐng)域都與三星存在直接競爭，那么華為是不是也布局了石墨烯電池的研發(fā)呢？
最近，華為發(fā)布了Mate20手機，這款手機也用到了相關(guān)的石墨烯技術(shù)，但并非真正的石墨烯電池。華為在手機中采用石墨烯技術(shù)+液冷散熱系統(tǒng)組合的散熱系統(tǒng)，實現(xiàn)了急速冷卻性能。至于這種散熱方法中石墨烯到底是如何起作用的，還需要進一步考察。
事情還沒有那么簡單。
在2016年12月，華為中央研究院瓦特實驗室在第57屆日本電池大會上，也宣布自己在鋰離子電池領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)重大研究突破。華為推出了業(yè)界首個高溫長壽命石墨烯基鋰離子電池。華為方面表示，他們所做的實驗顯示，以石墨烯為基礎(chǔ)的新型耐高溫技術(shù)可以將鋰離子電池上限使用溫度提高10℃，使用壽命是普通鋰離子電池的2倍。
從華為的表態(tài)來看，華為的石墨烯電池的主要優(yōu)點是耐高溫，使用壽命長，而不是三星宣傳的“快速充電”。因此，也許華為與三星在石墨烯電池上走的是不同的技術(shù)路線，所以才有了不同的技術(shù)結(jié)果。
現(xiàn)在看來，華為與三星都在石墨烯電池上進行攻關(guān)，無論是哪家成功將石墨烯材質(zhì)電池投入量產(chǎn)并且封鎖相關(guān)專利，這都會給對方造成相關(guān)的專利壁壘，而會給公司的營收和全球地位提升帶來巨大的幫助。
石墨烯電池是一種“里程碑式的黑科技”，但它的技術(shù)細節(jié)需要不斷探索，它的實際效果還有待市場的檢驗。雖然石墨烯是一個被中小企業(yè)炒作過度的概念，但作為行業(yè)巨頭的三星與華為在石墨烯電池上的努力肯定是腳踏實地的。
