是的，石墨烯電池大概率是噱頭。三年之前，石墨烯電池就曾名噪一時，但繁華落盡，一地雞毛。三年之后，石墨烯電池取得了質(zhì)的突破嗎?我們希望如此，但仍需要用事實說話。
關(guān)于石墨烯，最近有兩件事情。一個圈外，一個圈內(nèi)。
先說圈外的，前不久，“天才少年”曹原再以第一作者的身份在《Nature》雜志上同時發(fā)表了兩篇文章，主要介紹石墨烯研究的新突破。
要知道，早在2018年，曹原就曾以第一作者的身份，同時發(fā)表了兩篇Nature論文。他發(fā)現(xiàn)，當(dāng)兩層平行石墨烯以1.1°的扭轉(zhuǎn)角度交錯排列時，就會產(chǎn)生超導(dǎo)效應(yīng)。這個角度也被叫做“石墨烯魔角”。
再說圈內(nèi)的，上個月，廣汽新能源發(fā)布公告，基于三維結(jié)構(gòu)石墨烯材料的“超級快充電池”將在今年年底開始實車量產(chǎn)，并由Aion系列車型率先搭載。
廣汽新能源提到了兩點：1. 對于石墨烯技術(shù)的研發(fā)，已有6年的時間，積累了豐富的技術(shù)經(jīng)驗;2. 在實車測試中，“超級快充電池”僅用8分鐘就可以充電85%。
石墨烯是一個熱度很高的前沿技術(shù)，其超導(dǎo)愿景在諸多產(chǎn)業(yè)皆有想象空間。“石墨烯+電池”也不是多么新穎的組合，且背負(fù)了太多的爭議，究竟是炒作，還是確有突破，仍需要落地檢驗。
其實，廣汽新能源的說法，已經(jīng)比較巧妙了。他們僅提到了“對于石墨烯技術(shù)的研發(fā)”，并未直接指出“石墨烯電池”，這在本質(zhì)上是有區(qū)別的。
關(guān)于石墨烯技術(shù)的具體應(yīng)用，廣汽新能源公布的信息也相當(dāng)有限。僅提到“8分鐘充電85%”的模糊描述，對于電池容量、能量密度、循環(huán)壽命等數(shù)據(jù)并未做過多說明。
直接蓋棺定論，還有點早。我們期待，屆時廣汽新能源會有更多的信息公開。
最近，與電池相關(guān)的新消息有很多。
寧德時代剛剛發(fā)布了2019年業(yè)績說明會，蜂巢能源搞了一場“無鈷”電池線上發(fā)布會。據(jù)悉，特斯拉的“電池日”原定于5月第三周，暫時推遲到6月份。
目前，“電池界”的確是一個百花齊放的繁榮局面。只是，三元電池和磷酸鐵鋰電池仍是主流。CTP、刀片、無鈷等新技術(shù)的應(yīng)用，使得兩大主流方向“誰主沉浮”有了更為搖擺的可能性，可以參考之前的文章《CTP、刀片、無鈷……動力電池新技術(shù)的幕后黑手是誰?》、《如何正確理解無鈷電池?》。
技術(shù)突破的本質(zhì)，在很多時候，受益于材料的突破。換言之，當(dāng)技術(shù)極難突破的時候，可能也說明材料的性能到頂了，需要采用更為先進(jìn)的材料了。
如果三元電池和磷酸鐵鋰電池的發(fā)展臨近極限，下一階段，還有哪些電池類型可以接棒呢?具體到石墨烯電池，為什么更多的人傾向于這是一個謊言呢?
石墨烯+電池≠石墨烯電池
“石墨烯電池”究竟該怎么理解，在學(xué)術(shù)上并沒有嚴(yán)格的定義。
但是，電池定義一般遵循一個原則，“哪種成分起主要作用，就以哪種成分來定義”。
比如，我們最常接觸到的智能手機(jī)電池，正極是鈷酸鋰，負(fù)極是石墨。如果按照學(xué)術(shù)上的定義，應(yīng)該叫做“鈷酸鋰-石墨電池”，或者“鈷酸鋰電池”。
當(dāng)然，我們已經(jīng)將鋰系電池通俗化為“鋰離子電池”，是因為索尼公司在將鈷酸鋰電池推向市場的時候，為了方便傳播，銳化鋰離子的充放電遷移過程，才稱呼為“鋰離子電池”。
之后，我們接觸到的電池，其命名規(guī)則更加專業(yè)。由于負(fù)極多數(shù)為石墨，正極卻不同，而且對性能的影響很大。
所以，一般命名以正極材料作區(qū)分，比如三元電池(主要為鎳鈷錳酸鋰電池)、磷酸鐵鋰電池、錳酸鋰電池，基本形成了動力電池領(lǐng)域的主流分支。
那么，“石墨烯電池”是因為正極材料使用了石墨烯嗎?從一些反應(yīng)機(jī)理結(jié)構(gòu)圖來看，石墨烯只是作為導(dǎo)電添加劑和功能涂層，與正負(fù)極材料形成復(fù)合電極。
我們不能認(rèn)為，但凡添加有石墨烯，就稱之為“石墨烯電池”。況且，石墨烯究竟起到了怎樣的作用?對于充電效率、電池容量、能量密度、循環(huán)壽命等指標(biāo)有著怎樣的提高?
這些都需要用數(shù)據(jù)說話，用事實講故事。石墨烯究竟擔(dān)當(dāng)何種角色，與電池如何融合，表述上需要謹(jǐn)慎些。
并不清白的歷史案底
對于石墨烯在電池上的應(yīng)用，全世界也曾有過狂熱的期待，這里舉兩個典型的例子。
不知道多少人還記得菲斯克汽車。在美國新能源汽車早期發(fā)展階段，菲斯克是與特斯拉齊名的一家新造車公司，但如今大相徑庭，一個被收購，一個執(zhí)大旗。
2016年，菲斯克汽車的創(chuàng)始人亨德里克·菲斯克決定進(jìn)行“二次突破”，對外宣布將把石墨烯電池應(yīng)用于Fisker EMotion電動汽車。
關(guān)于石墨烯電池的討論，一時鼎沸。然而，時隔一年后，菲斯克改口稱石墨烯電池成本不受控制，技術(shù)存在缺陷，只能被迫放棄，轉(zhuǎn)而使用LG化學(xué)的鋰離子電池。
同樣的故事情節(jié)，也發(fā)生在三星頭上。
2017年，三星決定向石墨烯電池發(fā)起挑戰(zhàn)，并遞交了相關(guān)專利。2018年，三星展示了一種搭載“石墨烯球”技術(shù)的電池，該技術(shù)可以使電池容量增加45%，充電速度提升5倍，并且能夠極大地延伸電池的使用壽命。
看上去，對于電池性能而言，這些數(shù)據(jù)幾乎是全方位的優(yōu)化。但理想很豐滿，現(xiàn)實很骨感。時至今日，三星石墨烯電池也沒有落地應(yīng)用的消息。
石墨烯+電池，技術(shù)難點在哪里?
當(dāng)談?wù)撾姵氐臅r候，如果不談?wù)摳鞣N性能指標(biāo)，無異于避重就輕的投機(jī)行為。
簡單搜索與“石墨烯電池”相關(guān)的消息，我們會發(fā)現(xiàn)，多數(shù)情況下提到的性能突破是“快速充放”。
這恰好也是石墨烯的特殊應(yīng)用，在學(xué)術(shù)界，多有研究。一些學(xué)者通過控制石墨烯的氧化狀態(tài)，將其做成電極材料，利用比表面積大的特性實現(xiàn)快速的電化學(xué)反應(yīng)，由此“快速充放”。但注意，這個時候，石墨烯形成的結(jié)構(gòu)更準(zhǔn)確來講是“超級電容”。
電容不是電池，這是兩個概念。
超級電容可以快速充放，說明其功率密度很大。然而，最為致命的一點是，超級電容的能量密度反而很低，簡單來說就是“一次充電后，儲電量太少，續(xù)航里程太低”。
所以，如果想把石墨烯融合于電池產(chǎn)業(yè)，最終還是要回到鋰離子電池本身。
目前可以看到的，主要有兩個方向，一是作為導(dǎo)電添加劑，二是作為負(fù)極材料。
成本可以先不談，石墨烯應(yīng)用本身就隱含了不少困難。
石墨烯作為導(dǎo)電劑，可以促進(jìn)快速充放電，但對工藝本身提出了很高的要求。常溫下，石墨烯也無法做到超導(dǎo)，與更廉價的添加劑相比，并沒有太多優(yōu)勢。
至于將石墨烯用作負(fù)極材料，理論上比石墨電極容量大，但性能很容易受到表面狀態(tài)的影響。而且，石墨烯將遇到“一生之?dāng)?rdquo;硅的挑戰(zhàn)，畢竟將硅作為負(fù)極材料，容量更大，而且更加唾手可及。
石墨烯絕對是潛力無窮的新技術(shù)領(lǐng)域，可以在很多行業(yè)大放異彩，但在動力電池領(lǐng)域可能舉步維艱。
寫在最后
這不是在給“石墨烯”潑冷水，行業(yè)也呼喚著電池技術(shù)的突圍。
但是，科學(xué)終究是嚴(yán)肅的。在添入營銷概念這一“活水”之前，也需要多加考究，講事實，擺證據(jù)，避免偷換概念。
石墨烯有可能開啟一個新時代，但如果濫用概念，反而容易污名化普通人對于石墨烯技術(shù)的認(rèn)知。
還是那句話，一方面保持期待，一方面理性分析。
如果石墨烯+電池確有重大突破，那實在是行業(yè)幸事。
