一、石墨烯電池：奇跡還是虛幻？

大凡稍微關(guān)注新科技的人都會(huì)了解石墨烯是何物，也會(huì)了解這種材料被賦予了多高的期望。

而自打索尼公司1991年發(fā)明鋰離子電池至今，鋰離子電池技術(shù)幾乎就像一條平直的線，波瀾有之，幅度不足。這個(gè)瓶頸梗在這里已近15年，視摩爾定律如無(wú)物，無(wú)半分松動(dòng)的意思。

然后在2004年的一天，石墨烯誕生，并助兩位科學(xué)家獲得諾貝爾獎(jiǎng)。在接下來(lái)的日子里，各種炒作鋪天蓋地，其中最吸引人的莫過(guò)于石墨烯電池的概念。

石墨烯電池是指在利用鋰離子在石墨烯表面和電極之間快速大量穿梭運(yùn)動(dòng)的特性，開(kāi)發(fā)出的一種新型的電池。那這種電池到底是帶來(lái)新時(shí)代的奇跡，還是曇花一現(xiàn)的虛幻呢？

石墨烯電池長(zhǎng)這樣?。?/strong>

萬(wàn)能材料要破解續(xù)航焦慮

石墨烯被稱為萬(wàn)能材料，在各大科技領(lǐng)域都具有不可小覷的潛力。那在日益煩躁的電池界，石墨烯電池是怎么埋下希望種子的呢？

首先我們來(lái)了解一下石墨烯電池的魔力。石墨烯電池的能量密度高達(dá)600Wh/kg，這是前陣子鬧得紛紛揚(yáng)揚(yáng)的比亞迪磷酸鐵錳鋰離子電池(未證實(shí))能量密度的4倍。換句話說(shuō)，一輛電動(dòng)汽車(chē)假如想達(dá)到設(shè)定的動(dòng)力蓄電池組總能量，配備石墨烯電池的重量只需普通動(dòng)力鋰電池的八分之一即可(石墨烯電池本身的重量?jī)H為傳統(tǒng)電池的一半)，這樣可以減少車(chē)身的重量，抑或是新增電池重量，藉此達(dá)到擺脫續(xù)航焦慮的目的。

除了能量密度這個(gè)最大的優(yōu)勢(shì)，石墨烯電池還有其它殺手锏。它的使用壽命是普通鋰離子電池的兩倍，制造成本則比之降低了77%。

而真正讓這種魔性電池成為國(guó)際焦點(diǎn)的則是特斯拉汽車(chē)公司。去年年末，特斯拉公布了兩年前停產(chǎn)的第一代車(chē)型Roadster的升級(jí)版，其續(xù)航里程高達(dá)644公里，原版Roadster的續(xù)航里程僅為393公里)，消息一出，滿座皆驚。

巨大進(jìn)步背后必有重大改變。特斯拉升級(jí)版Roadster的超長(zhǎng)續(xù)航引起了人們強(qiáng)烈的好奇，人們紛紛猜測(cè)是不是采用了高能量密度的石墨烯電池？但特斯拉官方對(duì)外之宣稱升級(jí)版Roadster采用了改進(jìn)的鋰離子電池，有關(guān)石墨烯電池的話題三緘其口。

石墨烯結(jié)構(gòu)

充電5分鐘跑1000公里只是假新聞？

另一個(gè)讓石墨烯電池備受關(guān)注的是西班牙Graphenano公司。該公司同西班牙科爾瓦多大學(xué)合作研究出世界首例石墨烯聚合材料電池，并通過(guò)實(shí)驗(yàn)對(duì)外宣稱使用石墨烯電池作為動(dòng)力的電動(dòng)汽車(chē)最多能行駛1000公里，而其充電時(shí)間連8分鐘都不用！

這個(gè)消息當(dāng)時(shí)震驚了全球的電動(dòng)汽車(chē)行業(yè)，如此彪悍的性能，難道世界要翻開(kāi)新的篇章了嗎？冷靜下來(lái)想想，充電不到8分鐘即可充滿，那要多強(qiáng)的電流呢？我們以日產(chǎn)聆風(fēng)做例子來(lái)計(jì)算一下，1度電大約能跑5公里，換算成1000公里則需耗電20kWh，以8分鐘充滿計(jì)算，即每小時(shí)需充電150kWh，這相當(dāng)于電池在高壓情況(500V)下要300A的電流。能夠承受300A電流的電線，想想都覺(jué)得瘆的慌。

西方媒體曾報(bào)道稱，這款超級(jí)電池將于2015年第一季度生產(chǎn)上市使用，但如今第二季度已結(jié)束，我們?nèi)晕纯吹酱松裎锏某霈F(xiàn)。結(jié)合國(guó)內(nèi)專家普遍的觀點(diǎn)：西班牙的超級(jí)電池只是一條假新聞。而目前推出的石墨烯電池說(shuō)來(lái)有點(diǎn)心酸，石墨烯在鋰離子電池的應(yīng)用只有百分之零點(diǎn)幾的添加劑，沒(méi)有一家公司能真正有產(chǎn)品推出來(lái)。

二、寄望石墨烯還不如期待超級(jí)電容器

超級(jí)電容器比超級(jí)電池靠譜多了？

什么是超級(jí)電容呢？超級(jí)電容是一種儲(chǔ)能用的電化學(xué)元件，與傳統(tǒng)電容器有異，與電池更是相去甚遠(yuǎn)。它又叫雙電層電容器，具有許多優(yōu)點(diǎn)：功率密度高、充放電時(shí)間短、循環(huán)壽命長(zhǎng)、工作溫度范圍寬、充放電線路簡(jiǎn)單、安全可靠等。

下面我們來(lái)仔細(xì)看看它和鋰離子電池之間的差別。

(1)功率密度高，可達(dá)300W/kg~5000W/kg，這相當(dāng)于鋰離子電池的2~30倍；

(2)充放電時(shí)間短，充電10秒～10分鐘可達(dá)到其額定容量的95%以上；

(2)循環(huán)使用壽命長(zhǎng)，深度充放電可循環(huán)使用次數(shù)超過(guò)50萬(wàn)次，這是普通鋰離子電池的500倍，即假如對(duì)超級(jí)電容每天充放電20次，仍可持續(xù)使用68年。究其原因，其在儲(chǔ)能的過(guò)程中不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，儲(chǔ)能過(guò)程是可逆的，所以超級(jí)電容器可以反復(fù)充放電數(shù)十萬(wàn)次；

(4)工作溫度范圍寬，超低溫特性好，溫度范圍寬-40℃～+70℃，這是嬌生慣養(yǎng)的鋰離子電池?zé)o法適應(yīng)的；

(5)充放電線路簡(jiǎn)單，無(wú)需充電電池那樣的充電電路；

(6)安全系數(shù)高，長(zhǎng)期使用免維護(hù)，不會(huì)出現(xiàn)爆炸和著火等問(wèn)題。

這樣的優(yōu)點(diǎn)比之石墨烯超級(jí)電池也是不遑多讓，且目前已有超級(jí)電容公交車(chē)亮過(guò)相，自是比后者又多了一層現(xiàn)實(shí)的質(zhì)感。在新能源汽車(chē)界，人們對(duì)超級(jí)電容器抱以極大的期待。

超級(jí)電容器結(jié)構(gòu)圖

缺點(diǎn)無(wú)法忽視但現(xiàn)實(shí)讓人振奮

說(shuō)了這么多，全是超級(jí)電容器的優(yōu)點(diǎn)。但好比一個(gè)硬幣有兩面，超級(jí)電容器也有著無(wú)法忽視的缺點(diǎn)。

超級(jí)電容器的安裝位置有講究，不合理的話很容易引起電解質(zhì)泄露等問(wèn)題，破壞電容器的結(jié)構(gòu)性能；雖說(shuō)超級(jí)電容器的充放電電路簡(jiǎn)單，但僅限于直流電路的使用，其內(nèi)阻比較大，不適合交流電路的運(yùn)行要求；然后由于超級(jí)電容器是新一代高科技產(chǎn)品，價(jià)格相對(duì)較高，充電一次只夠電動(dòng)汽車(chē)行駛幾公里，每千瓦時(shí)的蓄能產(chǎn)品價(jià)格卻是電池的近10倍，實(shí)際運(yùn)行的成本投入會(huì)很大。這幾個(gè)問(wèn)題是超級(jí)電容器在電動(dòng)汽車(chē)應(yīng)用上難以大量推廣、單獨(dú)使用的瓶頸。

你能想象出一輛公交車(chē)跑一個(gè)站然后就要充電一次的情形嗎？這種情況下，我們要在公交車(chē)沿線設(shè)立許多充電裝置(幸好超級(jí)電容充電快，乘客上下車(chē)時(shí)間就可以把電充好)。

在2010年的上海世博會(huì)也進(jìn)行了試驗(yàn)運(yùn)行。湖南長(zhǎng)沙的中上汽車(chē)在超級(jí)電容開(kāi)發(fā)上已經(jīng)達(dá)到新的高度，目前作為示范應(yīng)用的容量能達(dá)到15萬(wàn)法拉，這種超級(jí)電容的公共車(chē)輛一次最長(zhǎng)可以行駛20公里左右，充電時(shí)間僅需3分鐘左右就可充好。

在第六屆國(guó)際電池工業(yè)展覽會(huì)上，上海奧威科技開(kāi)發(fā)有限公司也展示了一款新型超級(jí)電容，能量密度較普通超級(jí)電容提高了50%以上，而在功率上略有降低，更適合搭載在公交車(chē)上，使原本要頻繁充電的超級(jí)電容公交車(chē)可以一次性跑20公里。

這樣看來(lái)，超級(jí)電容器比石墨烯電池更像續(xù)航焦慮的破局者。

超級(jí)電容器長(zhǎng)這樣??？

三、市場(chǎng)分析與展望

目前，超級(jí)電容器已經(jīng)作為儲(chǔ)能部件被應(yīng)用，其使用效果顯著，但重要發(fā)揮的還是配角用途。因?yàn)樵诙虝r(shí)間內(nèi)，超級(jí)電容器有其局限性，除電動(dòng)公交外，它還不能作為普遍、獨(dú)立的車(chē)用儲(chǔ)能電源。

在今年五月份財(cái)政部等多部委正式公布的《有關(guān)完善城市公交車(chē)成品油價(jià)格補(bǔ)助政策加快新能源汽車(chē)推廣應(yīng)用的通知》規(guī)定可獲悉，10米以上鋰電公交車(chē)每輛每年最多補(bǔ)8萬(wàn)元，而同樣的超級(jí)電容公交車(chē)每輛每年僅補(bǔ)助2萬(wàn)元，以每輛車(chē)運(yùn)營(yíng)8年計(jì)算，一輛車(chē)就有48萬(wàn)元的補(bǔ)貼差距。國(guó)家似乎一直都認(rèn)為超級(jí)電容器的研發(fā)是另類的。但超級(jí)電容車(chē)只是剛剛起步，一切自有市場(chǎng)的選擇做決定，國(guó)家補(bǔ)助倒是其次的。

與超級(jí)電容不相同，石墨烯獲得了國(guó)家極大的重視，也有很多機(jī)構(gòu)在研究這種二維材料。但這些研究顯然是零散的，國(guó)家要做的就是將它們?nèi)縿澐秩缓笳?。這樣，2015年量產(chǎn)石墨烯倒成了期待，這關(guān)于超級(jí)電池也是一個(gè)好消息，我們且期待2015剩余的半年。