“充电５秒通话２小时”的超级电池何时走进千家万户？

浙江大学研究团队近日研发出一款新型“铝—石墨烯”超级电池，展现出秒充、长寿、耐热、抗冻的美好前景，引起网络和业界关注。这种超级电池真有那么神吗？进入我们日常生活还有多远？

“超级电池”性能优异

浙江大学高分子科学与工程学系的高超团队，近期研制出一款新型“铝—石墨烯”电池，正极是石墨烯薄膜，负极是金属铝，短短几秒便可充电完成。

在“比容量”和“倍率”等评判电池性能的关键指标上，这种“超级电池”展示出优异性能。循环充放电２５万次后依然电力十足；可以在—４０℃到１２０℃的环境中工作，可谓既耐高温，又抗严寒，电芯暴露于火焰中时也不会起火或爆炸；即使弯折一万次后，容量也能够完全保持。

“石墨烯能够提高铝离子电池的瞬间输出功率，极限环境下也能使用，将来可以与锂电池或其他技术互补联用，解决电动车低温启动和高温运行安全等问题。”浙江大学高分子科学与工程系教授高超说。

除浙江大学外，国内外的多家实验室都在探索用石墨烯材料提升电池性能，包括美国斯坦福大学、中科院宁波材料所都曾用石墨烯材料代替电池的核心材料，制备出令人瞩目的“超级电池”。

产业化仍存多重挑战

虽然我国石墨烯产业发展态势较好，原料制备问题正在陆续解决，下游应用正在开启，但实验室里的“超级电池”要走进千家万户，产业化之路仍然漫长。

“实验室中实现优异性能，还不代表就能够产业化；一般情况，从实验室研究到产业化需要少则数年，多则几十年的时间。”中科院宁波材料所动力锂电池工程实验室主任刘兆平说。

刘兆平认为，铝—石墨烯超级电池的电极液匹配性，是目前面临的主要技术瓶颈；另外，这种“超级电池”能量密度偏低，这意味着它还不宜单独作为电动车的电源使用。

高超也认为，“超级电池”的目标是兼具高能量密度和高功率密度，科学上已可以实现。不过，目前的铝—石墨烯电池，其输出电压、正极材料的比容量（编注：比容量是单位质量或单位体积的电池或活性物质所能放出的电量），以及电池极片活性物质的单位面积负载量等指标，还有较大的提升空间，“其能量密度也不足以与锂离子电池相匹敌，今后还需在保持高功率密度的基础上进一步提高能量密度。目前经典的离子液体电解质价格较贵，如果可以找到更廉价的电解质，商业前景将更宽广。”

目前的铝—石墨烯电池在实验室中性能优异，但多项指标还有较大的提升空间。（图片来自网络，微信“@浙大科学+++”）

高超表示，实验室科学研究的主要任务是推进认知的极限，而要解决存在的技术问题和工程问题，需要在资金及人力上加大投入，才能推进产业化。

市场上的“石墨烯电池”多是“噱头”

被称为“新材料之王”的石墨烯，尽管在资本市场上被炒得火热，但研究和应用方面实际上才刚刚起步。

在电子消费领域，不少厂商都把充电时间和电池容量作为追逐目标，如今锂电池是电子产品的“标配”，却在安全性、续航能力、充电速度上存在较大短板。因此，作为目前发现的最薄、强度最大、导电导热性能最强的一种新型纳米材料，石墨烯被寄予诸多期待。

石墨烯在研究和应用方面实际上才刚刚起步。（图片来自网络）

然而，梳理对比研究机构的最新突破和市场最新产品，不难发现，许多厂商推出的“石墨烯电池”多是打着“石墨烯”招牌进行营销，而非真正的技术突破。这些产品中，石墨烯主要作为导电添加剂替代炭黑，作用仅是提升导电性能。

“石墨烯若是作为导电剂存在，意味着电池没有变革性进步，只能算是一点改良。所谓石墨烯电池应该是石墨烯材料和硅等新一代材料进行复合，作为电池中核心的、不可替代的成分，这样的‘石墨烯电池’才是未来的方向。”刘兆平说。