記得在2017年華為發(fā)布mate9之前，有諸多媒體在報道華為已經(jīng)成功的研發(fā)了石墨烯電池，并會在不遠的將來使用到手機和汽車上去。這次，與大家一起分享擁有無限可能性的石墨烯電池。

　　石墨烯電池，利用鋰離子在石墨烯表面和電極之間快速大量穿梭運動的特性，開發(fā)出的一種新能源電池。

　　美國俄亥俄州的Nanotek儀器公司利用鋰離子在石墨烯表面和電極之間快速大量穿梭運動的特性，開發(fā)出一種新的電池。這種新的電池可把數(shù)小時的充電時間壓縮至短短不到一分鐘。分析人士認為，未來一分鐘快充石墨烯電池實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化后，將帶來電池產(chǎn)業(yè)的變革，從而也促使新能源汽車產(chǎn)業(yè)的革新。

　　1發(fā)明歷程 石墨烯電池，利用鋰電池在石墨烯表面和電極之間快速大量穿梭運動的特性，開發(fā)出的一種新能源電池。

　　美國俄亥俄州的Nanotek儀器公司利用鋰電池在石墨烯表面和電極之間快速大量穿梭運動的特性，開發(fā)出一種新的電池。這種新的電池可把數(shù)小時的充電時間壓縮至短短不到一分鐘。分析人士認為，未來一分鐘快充石墨烯電池實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化后，將帶來電池產(chǎn)業(yè)的變革，從而也促使新能源汽車產(chǎn)業(yè)的革新。

　　目前，作為導電性、機械性能都很優(yōu)異的材料，素來有“黑金子”之稱的石墨烯目前在中國市場上的價格近十倍于黃金，超過2000元/克。

　　新型石墨烯電池實驗階段的成功，無疑將成為電池產(chǎn)業(yè)的一個新的發(fā)展點。電池技術是電動汽車大力推廣和發(fā)展的最大門檻，而目前的電池產(chǎn)業(yè)正處于鉛酸電池和傳統(tǒng)鋰電池發(fā)展均遇瓶頸的階段，石墨烯儲能設備的研制成功后，若能批量生產(chǎn)，則將為電池產(chǎn)業(yè)乃至電動車產(chǎn)業(yè)帶來新的變革。

　　2應用 隨著批量化生產(chǎn)以及大尺寸等難題的逐步突破，石墨烯的產(chǎn)業(yè)化應用步伐正在加快，基于目前已有的研究成果，最先實現(xiàn)商業(yè)化應用的領域可能會是移動設備、航空航天、新能源電池領域。

　　消費電子展上可彎曲屏幕備受矚目，成為未來移動設備顯示屏的發(fā)展趨勢。柔性顯示未來市場廣闊，作為基礎材料的石墨烯前景也被看好。有數(shù)據(jù)顯示2013年全球對手機觸摸屏的需求量大概在9.65億片。到2015年，平板電腦對大尺寸觸摸屏的需求也將達到2.3億片，為石墨烯的應用提供了廣闊的市場。韓國三星公司的研究人員也已制造出由多層石墨烯等材料組成的透明可彎曲顯示屏，相信大規(guī)模商用指日可待。

　　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，這種電池有可能在夜視鏡、相機等小型數(shù)碼設備中應用。另外，石墨烯超級電池的成功研發(fā)，也解決了新能源汽車電池的容量不足以及充電時間長的問題，極大加速了新能源電池產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。這一系列的研究成果為石墨烯在新能源電池行業(yè)的應用鋪就了道路。

　　由于高導電性、高強度、超輕薄等特性，石墨烯在航天軍工領域的應用優(yōu)勢也是極為突出的。前不久美國NASA開發(fā)出應用于航天領域的石墨烯傳感器，就能很好的對地球高空大氣層的微量元素、航天器上的結構性缺陷等進行檢測。而石墨烯在超輕型飛機材料等潛在應用上也將發(fā)揮更重要的作用。

　　3充電試驗 這是一個有趣的創(chuàng)意，用于制作電池。水溶液中離子的熱運動是巨大的，室溫下達每秒幾百米。但很少有人研究這一過程，也沒有人研究它可能產(chǎn)生電流。進行這一研究的徐子涵(Zihan Xu)是香港理工大學(Hong Kong Polytechnic University)的，他和幾個同伴不僅研究這個過程，而且似乎也掌握了。

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

　　這些家伙已經(jīng)制成電路，其中包含LED，用電線連接到帶狀石墨烯。他們只是把石墨烯放在氯化銅(copper chloride)溶液中，進行觀察。果然，LED燈亮了。實際上，他們需要6個石墨烯電路，形成串聯(lián)，這樣就可產(chǎn)生所需的2V，使LED燈發(fā)亮。

　　徐子涵和同事說，這里發(fā)生情況就是這樣。銅離子具有雙重正電荷，穿過溶液的速度約每秒300米，這是因為溶液在室溫下的熱能量。當離子猛烈撞入石墨烯帶時，碰撞會產(chǎn)生足夠的能量，使不在原位的電子離開石墨烯。這些電子有兩種選擇：可以離開石墨烯帶，和銅離子結合，也可以穿過石墨烯，進入電路。

　　原來，流動的電子在石墨烯中更快，超過它穿過溶液的速度，所以電子自然會選擇路徑，穿過電路。正是這一點點亮了LED燈“釋放的電子更傾向于穿過石墨烯表面，而不是進入電解液。我們的設備就是這樣產(chǎn)生電壓的，”徐子涵說。

　　因此，這個裝置產(chǎn)生的能量來自周圍環(huán)境的熱量。這些家伙說，他們可以提高電流，只需加熱溶液，也可用超聲波加快銅離子。他們甚至聲稱，只依靠周圍熱量，就可以使他們的石墨烯電池持續(xù)運行20天。但是，還有一個重要的問號。另一個假設是某種化學反應產(chǎn)生電流，就像普通的電池。

　　然而，徐子涵和同事說，他們排除了這一點，因為進行了幾組控制實驗。然而，這些是在一些補充材料中介紹的，他們似乎并沒有放在arXiv網(wǎng)站上。他們需要公開這些，要趕在別人做出嚴肅聲明之前。從表面價值來看，這看起來是一項非常重要的成果。其他人也在石墨烯中產(chǎn)生過電流，但只是讓水流過它，所以這并不真的使人吃驚，移動的離子也可以產(chǎn)生這樣的效果。這預示著清潔的綠色電池，只依靠環(huán)境熱量驅動。徐子涵和同事說：“這代表著一個巨大的突破，研究的是自驅動技術”。

　　4優(yōu)點 石墨烯是目前發(fā)現(xiàn)的最薄、最堅硬、導電導熱性能最強的一種新型納米材料。石墨烯被稱為“黑金”，是“新材料之王”，科學家甚至預言石墨烯將“徹底改變21世紀。” 有趣的是，石墨烯誕生并沒有使用“高大上”的科學技術，而是由英國曼徹斯特大學的兩位科學家用透明膠帶從石墨晶體上“粘”出來的。

　　石墨烯目前最有潛力的是成為硅的替代品，制造超微型晶體管，用來生產(chǎn)未來的超級計算機。據(jù)相關專家分析，用石墨烯取代硅，計算機處理器的運行速度將會快數(shù)百倍。而近日，美國麻省理工學院的科學家通過研究發(fā)現(xiàn)，在特定情況下，石墨烯能夠被轉化成具有獨特功能的拓撲絕緣體。這一研究發(fā)現(xiàn)，有望帶來一種制造量子計算機的新方法。

　　其次，石墨烯能助力超級電容器、鋰離子電池的發(fā)展。據(jù)相關資料顯示，加入石墨烯材料，同等體積的電容可擴充5倍以上的容量，而鋰電池電極中加入石墨烯則可大幅度提高其導電性能。此外，石墨烯還可應用于電路、觸摸屏、基因測序以及制造出羽翼般超輕型飛機、超堅韌防彈衣等領域。