石墨烯电池：锂电池的继承者

日前，重庆市高新区金凤电子信息产业园产业部宣布正式投产石墨烯手机，“石墨烯手机的正式投产，意味着我们在石墨烯材料智能终端应用上取得了第一个突破点。”该产业园相关负责人对媒体表示。据悉，该产业园还计划在今明两年引进20至30家石墨烯企业，并雄心勃勃地制定了2020年前达到400亿产值的目标。

1月16日上午，笔者致电重庆市高新区金凤电子信息产业园，确认了石墨烯手机已经投入生产的消息。然而电子科技大学教授、博士生导师陈泽祥对此却深表怀疑，他在电话里告诉笔者，“可能是炒作”。

而在此之前的2014年12月14日，国家主席习近平前往江苏产业技术研究院，对有关石墨烯的研发等展开考察，从而在股市又引发了一股石墨烯概念的炒作热潮，相关板块应声而涨。

石墨烯自2004年被英国曼彻斯特大学两位科学家发现后，很快因其强度最高、韧性最好、重量最轻等众多惊人的优良性能而被世人关注。2010年，两位科学家因该发现而被授予诺贝尔物理学奖。近十年来，有关石墨烯的研究炙手可热，石墨烯也因其在能源、生物技术、航天特种等领域具有极其广泛的应用前景而被认为是“具有革命性意义的材料”、“二十一世纪的材料之王”。有专家预计，未来5至10年，全球石墨烯产业规模将超过1000亿美元。

然而统计数据显示，在沪深两市60多家和石墨烯有关的上市公司中，没有一家因为石墨烯而获得利润，业内分析人士称“没有一个赚钱的”。此前，金路集团曾发布公告称，拟转让有关石墨烯的知识产权和技术成果权益。金路集团被迫抛弃“石墨烯”的原因，据解释是资金紧张，然而却也引发了市场对于石墨烯现状的担忧。

石墨烯前景究竟如何，笔者就此对这一新材料展开调查。

石墨烯电池众多惊人特点应用五大领域

根据相关研究报告，石墨烯（Graphene）是一种由C原子经sp2电子轨道杂化后形成的蜂巢状的准二维结构，是C元素的另外一种同素异形体。与其他新材料相比，石墨烯具有众多优良的特点，如载流子迁移率高、电流密度大、强度高、导热率高、最薄最轻最硬，同时具有高性能传感器、可强化电子输送、催化剂、吸氢、双极半导体、无散热传输等功能。由于石墨烯的性能优良、功能众多而被广泛应用到锂电子电池、超级电容、导电油墨、触摸屏、软性电子、散热、涂料、传感器等领域，此外，在高频电子、环保、光电、聚合物、海水淡化、太阳能电池、燃料电池、催化剂、建筑材料等领域，也能发现石墨烯的身影。

目前中国、美国、欧盟、韩国、日本等国家和组织均将石墨烯的研究提升至战略高度。相关数据显示，有关石墨烯的专利申请逐年倍增，2009年全球专利申请数量为165篇，2012年则达到1829篇，其中来自中国的专利申请位居第一，达总量的50%以上，占据绝对优势地位。

有专家预计，未来几年内，石墨烯将主要用于“超级电容器”、“触摸屏”、“结构材料”、“传感器”、“高性能计算机”五大领域。

突破技术障碍有革命性意义

以石墨烯为材料，可以制造出众多与人们生活息息相关的用品，如电池、夜视镜、医用扫描仪、防弹衣、避孕套、3D打印机、弯曲的手机等。而其中为人们所熟知是石墨烯聚合材料电池，即“超级电池”，其成本比传统锂电池低77%，重量也仅为传统电池的一半，但储电量却是目前市场上性能最好的电池的三倍，以此为电力的电动车将会大大突破以往电池行驶里程的限制，最高可以行驶1000公里，而充电时间仅为8分钟，比传统锂电池充电时间快十倍。

2014年12月26日，美国电动汽车制造商特斯拉发布了第一代车型Roadster（敞篷跑车）的升级版，续航里程达到644公里，比原版393公里的续航里程高出60%，电池容量则高出近70%。此前，全球的汽车制造商们主要以三种锂电池为动力：镍钴铝酸锂电池(钴酸锂电池)、磷酸铁锂电池、锰酸锂电池。镍钴铝酸锂电池主要应用在美国，以特斯拉为代表；磷酸铁锂电池主要在中国应用，以比亚迪汽车为代表；锰酸锂电池则主要应用在日本。这三种电池，镍钴铝酸锂电池能量密度最高，但高温下最不稳定，磷酸铁锂电池虽然最稳定，但能量密度又不高。

由于传统的锂电池功率密度受限，无法快速吸收和释放大量能量，而导致电动汽车的行驶里程、充电时间等均受到制约，这也是中国新能源汽车推广长达5年而一直没有取得预期效果的原因所在。中国预计在2015年销售纯电动汽车和插电式混合动力汽车50万辆，然而截至2014年12月，新能源汽车销售量尚且不足6万辆，差距巨大。这其中除了充电设施不完善，不便充电外，电量有限、续航里程短是关键的技术障碍。

有关研究人员介绍，目前国内主要研究的是将石墨烯运用到锂电池上，而非全新体系的“超级电池”。时至今日，传统锂电池的技术已经长达20年没有任何实质性的革新，故石墨烯“超级电池”的出现，对新能源汽车行业来说，无疑具有革命性的意义。