對電動汽車 (EV) 和智能手機最常見的批評是充電時間過長。

為什么會有人想要駕駛一輛需要超過一分鐘的充電時間的汽車？然而，想象一下電動汽車的電池充電速度極快且行駛里程長，或者想象一部智能手機只需不到一分鐘的時間。盡管這似乎不可能，但石墨烯電池的進步正在將這些可能性變為現實。

鋰離子電池的衰落

? 鋰基電池因其高能量密度而被公認為是有前途的儲能應用替代品之一。這些電池為我們的電腦、智能手機甚至汽車供電。 鋰離子電池仍然存在的一個問題是安全性。鋰離子電池內的液體高度易燃。電池外層的任何損壞都可能導致短路，從而導致火災和爆炸。例如，2016 年，智能手機的突然爆發導致全球數名用戶遭受一級燒傷。 在過去的幾年里，電動汽車中使用的鋰離子電池已經獲得了廣泛的冷卻系統。然而，這種冷卻系統占用了大量可用于儲能的空間。 鋰離子電池的另一個問題是可回收性。鋰離子電池中的大部分部件都不具有生物相容性，使得可回收過程非常昂貴。 最后，電池的功率密度低。以智能手機為例：由于其高能量密度，電池可以使用一天的大部分時間；要為設備充電，必須將其連接到另一個電源一小時或更長時間。 ? ?

石墨烯的承諾

石墨烯是單原子厚的碳原子片，相對表面積為 2,630 m?2?/g，在存儲電荷方面表現出色，在長期循環中幾乎不會降解。石墨烯中的鍵使石墨烯的抗拉強度是鋼的四倍以上，同時具有超透明、柔韌和出色的電和熱導體。這些特性使石墨烯不僅適合用于電池，還適合用于超級電容器。 然而，石墨烯超級電容器存儲的能量不如電池多，但它可以在幾分鐘內充滿電。因此，為了克服石墨烯超級電容器的低能量密度，科學家們開始研究超級電容器和電池的耦合作為混合儲能系統。

石墨烯-鋁混合電池

澳大利亞昆士蘭大學的研究人員與石墨烯制造集團合作，開發了一種基于石墨烯的混合電池原型。這種電池使用石墨烯和鋁作為電極材料，一般被稱為石墨烯鋁電池。電池能量密度為150-160 Wh/kg，1-5分鐘即可極速充電。 此外，石墨烯鋁離子電池在電池安全性、可回收性和更長的電池壽命（超過 2000 次循環）方面具有顯著優勢，性能幾乎沒有下降。 根據最新信息，石墨烯制造集團 (GMG) 宣布，它已生產出袋狀電池形式的石墨烯鋁離子電池，用于智能手機、平板電腦、筆記本電腦等。 據GMG稱，這些電池的理論能量極限約為1050 Wh/Kg。因此，隨著進一步的發展，我們很快可以期待石墨烯電池的能量超過商用電池。

石墨烯增強型鋰硫電池

石墨烯混合電池發展的分水嶺出現在 2021 年底，當時總部位于加州的 Lyten 公司宣布，他們已經開發出一種用于電動汽車的石墨烯電池，其能量密度是傳統鋰離子電池的三倍。 這些電池是鋰硫 (Li-S) 電池，長期以來一直被吹捧為下一代可充電電池。然而，鋰硫電池在實際應用中面臨的挑戰是在放電循環中形成可溶性多硫化物。這些中間物質在陽極和陰極之間擴散并導致內部短路。這種現象通常被稱為穿梭效應，它是導致 Li-S 電池效率低下和容量衰減快的原因。 Lyten?在硫陰極中加入了 3D 石墨烯膜來克服這個問題，它作為一種有效的隔板并降低了循環容量衰減率。 該產品名為 LytCell EV，據報道可提供 900 Wh/kg 的能量密度。測試顯然表明，LytCell 原型可以維持超過 1,400 次充放電循環。

石墨烯增強聚合物電池

PolyJoule?是麻省理工學院 (MIT) 的衍生公司，最近宣布了一種用于大功率數據中心備份和電網應用的新電池技術。該裝置是一種具有碳-石墨烯混合物和導電聚合物的雙電極電化學電池。電池可在 10 秒內釋放高達 1 MW 的電量，并在 5 分鐘內充電。它的電壓范圍為 158 V 至 972 V，可在 -40 °C 至 50 °C 的溫度范圍內連續工作，且容量損失最小。

石墨烯不燃鋰電池

當鋰離子電池短路時，會導致電池著火，這引發了人們對其在消費產品中的使用的擔憂。這是由于鋰離子電池中含有易燃電解質。總部位于美國的 Nanotech Energy 開發了一種不易燃的石墨烯鋰離子電池組，既安全又環保。他們在鋰電池中使用石墨烯作為電極材料，并開發了一種名為 OrganoLyte TM的廉價非易燃電解質。 據說該電池的能量密度為 162.5 Wh/kg，在 80% 的容量下可以承受超過 1400 次循環（近 10 年）。 電池完全防火，適用于所有天氣條件。相比之下，傳統的鋰電池只能承受 300-500 次循環（大約兩到三年）。根據最新消息，該公司已開始接受預訂，電池可能會定制用于電動汽車、計算機和軍事應用。 ? ?

石墨烯電池的未來

特斯拉最近宣布，他們的 Model 3 電池的能量密度接近 260 Wh/kg。盡管如此，它仍需要復雜的冷卻系統來防止過熱，因此占用了大量空間。另一方面，由于石墨烯電池不會過熱或爆炸，因此不需要冷卻系統，該空間可用于電動汽車的儲能電池。 石墨烯電池技術突破，中國汽車公司廣汽汽車有限公司宣布推出AION V汽車，其石墨烯電池續航里程可達1000公里，可在8分鐘內充電至80%容量。毫無疑問，石墨烯電池的持續商業化將很快因其更廣泛的應用而超越傳統電池。

編輯：黃飛

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