來源：果殼
試想下，你是一名電動汽車車主，在這個寒冷的冬天里，一邊扶著方向盤，一邊戰戰兢兢地看著顯示屏上的剩余電量，算計著里程，唯恐半路趴窩。這時，突然有人告訴你，一種神奇的快充電池誕生了！續航航程達到了 1000 公里，充電 8 分鐘，電量就能恢復到 80%，你是不是會喜極而泣，歡欣鼓舞呢？
在部分新能源造車和電池企業的描述中，石墨烯是這樣的 | marvel.com
確實，就在前幾天，某國產汽車制造大廠就宣布了，這樣一款神奇的 " 超級電池 " 已經研發成功，并且在 2021 年內就可以實現量產。那么問題來了，這種超級電池究竟是用了什么黑科技材料？難道如同漫威電影《黑豹》里的情節，天上掉下振金了？
放大后的石墨烯結構圖 | en.wikipedia.org
當然，振金在現實中是不存在的，而這款超級電池中所使用的新材料，叫石墨烯。顧名思義，它就是從石墨里面分離出來的一種新型納米材料（單原子層薄膜），長得還丑，薄薄一層，單層厚度只有 0.35 納米，幾乎是一根人類發絲直徑的 28 萬分之 1，結構如同蜂巢。
雖然其貌不揚，但是石墨烯卻擁有一長串的稱號，例如，" 新材料之王 "、材料界的 " 黑金 "，諸如此類。石墨烯的最大優點是導電性極強，電阻幾乎可以忽略不計。如果把電流比作車輛，那么石墨烯就堪稱一條路況超級優良，且沒有任何收費站與交通管制燈的超級高速公路：電子在石墨烯中的運動速度極快，達到光速的 1/300，遠遠超過在一般導體中的運動速度。另外，由于擁有巨大的表面積（3 克石墨烯的比表面積相當于一個足球場），利于電荷聚集，所以石墨烯材料的儲電能力非常優秀。
由于充電和放電過程都不涉及化學反應，從而讓石墨烯存電量大（較之鋰離子電池高 45% 以上），能耗少，并且又耐熱又耐寒，聽上去真的非常完美，精確解決現有電動汽車鋰電池充電慢，壽命低，寒冷條件下表現不佳的痛點。
想變超級電池，前面還有三道坎
然而，俗話說：" 太好的消息，多半是假的 "。在實驗室條件下，導電性能優良，存電量優秀的石墨烯，距離變成能夠裝進新能源汽車的超級電池，還有很長的一段路要走。
一種主流石墨烯電池設計方案，將石墨烯材料與鈦酸鋰材料混合，制成電池負極，改善電池充電速度與電容量 | blogcanaribat.es
首先，如果我們要完美體驗石墨烯的快速充電屬性，現有的充電條件還跟不上。在實驗室條件下，用石墨烯材料做個微型充電寶，實現快速充電當然沒問題，但是如果想做成大型電池組放進電動汽車，就是另一回事了。
特斯拉第 3 代充電站超級充電樁，功率不過 250 千瓦，遠遠不能體驗石墨烯 " 快充 " 的優越性 | tesla.com
為什么這樣說，根據計算，一個電量 150 千瓦時的電動汽車電池組，如果想要在 8 分鐘內就能達到充電量 80%，那么充電樁的功率需要達到 900 千瓦（kW）。然而，市面上現有的電動汽車充電樁功率是多少呢？高大上的特斯拉在 2019 年公布的第 3 代充電站超級充電樁，也不過是 250 千瓦，而普通電動汽車家用充電樁的功率可能只有幾十千瓦。所以說，如果充電樁功率太低，石墨烯導電快速的優點根本沒法體現。在現有技術條件下，大規模普及功率如此高的充電樁網點，現有電網恐怕無法承受，安全性更是不可預知，估計只能去請皮卡丘幫忙了。
現階段妨礙石墨烯超級電池誕生的第二個原因，就簡單多了，一個字——貴！目前石墨烯的生產，使用是機械剝離法，成本高且產能低，目前市面上的石墨烯材料價格大約是每克 100 美元，作為實驗室耗材買起來都要咬牙，如果真用來制造電池內部導電材料主體，那畫面簡直太美不敢看：要知道，傳統導電材料炭黑和石墨都是論噸賣的（每噸幾萬元），論克賣的石墨烯哪天能降到這個水平？即使不計成本做成電池里裝，估計也只有阿拉伯產油國土豪有興趣買。
當然啦，現在市面上盛行的石墨烯電池方案，都是在鋰離子電池中摻入了微量石墨烯，作為電池負極或導電材料添加劑，成本并不是很高；但這又引發了新的問題：石墨烯材料雖然導電快，儲電性能好，但放在鋰電池中，對電池性能的提升卻十分有限，甚至會妨礙電池中鋰離子的流動。這可非常要命，畢竟現在的鋰電池放電做功，就是靠鋰離子這個勤勤懇懇的搬運工，在電池內部的電解質里，不斷將電能從正極 " 搬運 " 到負極來實現的。
鋰離子的活動受阻，就意味著電能的浪費。說的通俗一點，就是，按照現有設計方案造出來的石墨烯電池，如果裝在電動車上，車主面臨的問題將會是：充電很快，電池電量也多了一些，但是，開一會就沒電了，需要重新再充，這就真成了郭德綱相聲《西征夢》里的場景：從北京飛到美國，這直升飛機一路上加了好幾百回油。
所以說，石墨烯 電池，真的是看上去很美，但暫時還是一朵生長在實驗室里，尚未綻放的技術之花。
作者：固瑞克斯坦
