【石墨烯電池】石墨烯電池技術原(yuan)理 電動(dong)汽車續航里程(cheng)的未來？

石墨烯電池技術原理

石墨烯電池在飽和氯化銅溶液中，時間(小時(shi)、天數)和產(chan)生電壓的關系(xi)。

實(shi)驗(yan)制成電(dian)路其(qi)中包含(han)LED，用電線連接到帶狀石墨烯(xi)。他(ta)們(men)只是把石墨烯(xi)放在氯化銅(copper chloride)溶液中，進行觀察。LED燈亮了。實際上，他(ta)們需要6個石墨烯電(dian)路，形成串(chuan)聯，這樣就可產生所(suo)需的2V，使LED燈發亮(liang)，就可以得到(dao)這個(ge)圖片。

這里發生情況就(jiu)是銅離子(zi)具有雙重正(zheng)電荷，穿過溶液的(de)速度約(yue)每秒300米，因為溶(rong)液在(zai)室溫下的熱能(neng)量(liang)(liang)。當離(li)子(zi)猛烈撞入石(shi)墨烯帶時，碰撞會(hui)產生足(zu)夠(gou)的能(neng)量(liang)(liang)，使不在(zai)原位的電(dian)子(zi)離(li)開石(shi)墨烯。電(dian)子(zi)有兩(liang)種選擇(ze)：可(ke)以離(li)開石(shi)墨烯帶，和銅離(li)子(zi)結合，也可(ke)以穿過石(shi)墨烯，進入電(dian)路。

原來，流動(dong)的(de)電子在石墨烯中更快，超(chao)過(guo)它穿(chuan)(chuan)過(guo)溶液的(de)速(su)度，所(suo)以電子自然會選擇路徑，穿(chuan)(chuan)過(guo)電路。正(zheng)是這一(yi)點點亮(liang)了LED燈“釋放的(de)電子更傾向于穿過石墨(mo)烯表面(mian)，而不(bu)是進入電解液。設備(bei)就是這(zhe)樣產(chan)生(sheng)電壓的(de)，”

因此，這個裝置產生的能量來自(zi)周(zhou)圍環(huan)境(jing)的熱量。他(ta)們可(ke)以(yi)提高電流，只需加(jia)熱溶液，也可(ke)用(yong)超聲波加(jia)快銅離(li)子。只依靠周(zhou)圍熱量，就可(ke)以(yi)使(shi)他(ta)們的石墨烯電池持續運(yun)行20天。但是(shi)，還有一個重要的(de)(de)問(wen)號。另一個假設是(shi)某種化學(xue)反應產(chan)生電流，就像普通(tong)的(de)(de)電池。

然(ran)而，們(men)排除(chu)了這(zhe)一點，因(yin)為進(jin)行了幾組控制(zhi)實驗(yan)。然(ran)而，這(zhe)些是在一些補充材(cai)料中介紹的(de)，他們(men)似乎并沒有放在arXiv網站(zhan)上。他們需要(yao)趕在別人做出嚴肅聲明之前公(gong)開。從表面(mian)價值(zhi)來看，這看起來是一項非常重要(yao)的(de)(de)成(cheng)果。其他人也在石墨(mo)烯(xi)中產生過電流，但只是讓水流過它，所以(yi)這并不(bu)真(zhen)的(de)(de)使(shi)人吃驚(jing)，移動的(de)(de)離子(zi)也可以(yi)產生這樣的(de)(de)效果。這預示著清潔的(de)(de)綠色電池，只依靠(kao)環(huan)境熱量驅動。

石墨烯電池的應用

消費(fei)電子展(zhan)上可彎曲屏(ping)幕備受矚目，成(cheng)為未來(lai)移動設備顯示(shi)屏(ping)的發(fa)展(zhan)趨勢。柔性(xing)顯示(shi)未來(lai)市(shi)場廣闊(kuo)，作為基(ji)礎材料的石墨烯前景也被(bei)看好(hao)。有數據(ju)顯示(shi)2013年(nian)全球對手機觸摸(mo)屏的需求量大概在9.65億片。到2015年，平板電腦(nao)對大尺寸觸摸屏(ping)的需求也(ye)將達到(dao)2.3億(yi)片，為石墨烯的(de)應用(yong)提供了廣闊(kuo)的(de)市場(chang)。韓國(guo)三(san)星公司的(de)研究人(ren)員也已制造出由多層石墨烯等材料組(zu)成的(de)透明可彎曲顯示屏，相信(xin)大規模商用(yong)指日(ri)可待。

另一方面，新能源電池也是石墨烯最早商用的一大重要領域。之前美國麻省理工學院已成功研制出表面附有石墨烯納米圖層的柔性光伏電池板，可極大降低制造透明可變形太陽能電池的成本，這(zhe)種電池有(you)可能在(zai)夜視鏡、相機等小型數(shu)碼設(she)備中應用。另外，石(shi)墨烯超(chao)級(ji)電池的成功研發(fa)，也解決了(le)新(xin)能源汽車電池的容量不(bu)足(zu)以及充電時間長的問題，極大(da)加速(su)了(le)新(xin)能源電池產業的發(fa)展(zhan)。這(zhe)一系列的研究成果為石(shi)墨烯在(zai)新(xin)能源電池行(xing)業的應用鋪就了(le)道路(lu)。

由于高(gao)(gao)導電(dian)性(xing)、高(gao)(gao)強度、超(chao)輕薄等特性(xing)，石墨烯在(zai)航(hang)天軍工(gong)領域的(de)應用優勢也是極為突出的(de)。前不久美國(guo)NASA開發(fa)出應(ying)用(yong)于航天領域的(de)石墨烯(xi)傳感(gan)器(qi)，就(jiu)能很(hen)好的(de)對地球高(gao)空大氣層的(de)微(wei)量元素、航天器(qi)上的(de)結(jie)構(gou)性缺陷等(deng)進行檢測。而石墨烯(xi)在超輕(qing)型飛機材料等(deng)潛在應(ying)用(yong)上也將發(fa)揮更重要的(de)作用(yong)。

電動汽車續航里程的未來？

中國新能源汽(qi)車推(tui)廣長達5年，但(dan)效果并(bing)不(bu)理想。

市(shi)場化艱難的主要原(yuan)因，在(zai)于使(shi)用的便捷度上：一是，續(xu)航里(li)程較低(di)，消(xiao)費者普(pu)遍有里(li)程焦慮;二(er)是，充電設施不(bu)完善，充電不(bu)方(fang)便影響使用。

在傳統的(de)解決方案中，車(che)企采用(yong)了先推廣混合動(dong)力車(che)型緩(huan)解里程焦慮，消費者(zhe)可以根據(ju)實際(ji)情況選擇用(yong)油或者(zhe)用(yong)電;另一個角(jiao)度，國家(jia)鼓勵(li)大規模建(jian)設充電(dian)(dian)站和充電(dian)(dian)樁，緩解(jie)充電(dian)(dian)難。

石墨烯超級電(dian)池(chi)的出現，可(ke)能徹底改變現有的充電(dian)問題。續航(hang)里(li)程(cheng)成倍增長(chang)，長(chang)途(tu)出行的里(li)程(cheng)焦慮可(ke)能徹底打破。以(yi)西班牙的超級電(dian)池(chi)為例，1000公里的(de)續航里程幾乎接近北京(jing)到上海的(de)直線距離(li)，遠超出傳統汽車一箱油的(de)行駛距離(li)。

石墨烯充(chong)電(dian)速度提升，可(ke)以減少(shao)充(chong)電(dian)時間，宏觀(guan)上可(ke)以大范圍減少(shao)充(chong)電(dian)站和充(chong)電(dian)樁的(de)需求。以目前全(quan)球領先地位(wei)的(de)特斯(si)拉ModelS85為例(li)，其通過(guo)大功率(lv)的(de)超級充電站充電，也要80分(fen)鐘才能充滿，車主等充電的(de)時間仍然是一(yi)次(ci)煎熬(ao)。

目前(qian)，石(shi)墨(mo)烯已被投入(ru)新能(neng)(neng)源車電(dian)(dian)(dian)池(chi)的制造中(zhong)。經(jing)過(guo)國(guo)內外無(wu)數(shu)次試(shi)驗證明，由于石(shi)墨(mo)烯獨特的物理(li)(li)性質，電(dian)(dian)(dian)子可以在石(shi)墨(mo)烯材料表面(mian)更快速(su)的流動，并能(neng)(neng)更迅(xun)速(su)地與(yu)銅離子結合(he)，換(huan)言之就是能(neng)(neng)大幅度(du)提(ti)高電(dian)(dian)(dian)池(chi)的充(chong)電(dian)(dian)(dian)速(su)度(du)。據美國(guo)紐約州倫斯(si)勒理(li)(li)工學(xue)院的研究數(shu)據顯示，使用石(shi)墨(mo)烯制造的電(dian)(dian)(dian)池(chi)，充(chong)放電(dian)(dian)(dian)速(su)度(du)是鋰(li)離子蓄電(dian)(dian)(dian)池(chi)的10倍(bei)。

目前，油電混合動力車被認(ren)為是市場上(shang)最適(shi)合由燃油車(che)過渡到電(dian)動(dong)車(che)的(de)(de)(de)最好產品(pin)，而且這(zhe)(zhe)個過渡階(jie)段(duan)可能(neng)長(chang)達15-20年，但(dan)電(dian)池材料的(de)(de)(de)進步(bu)可能(neng)推(tui)翻這(zhe)(zhe)種預判，甚至連純(chun)電(dian)動(dong)車(che)的(de)(de)(de)普及也可能(neng)不需要那(nei)么長(chang)時間。

“超級電池”一旦大規模應用到電動車上，對整個行業將是顛覆性的。“一些百年車企可能沒有這項技術而衰落，而一些只有十幾、二十年的車企，因為掌握新材料技術，可能成為新的巨頭。”