一文了解石墨烯电池为什么没投入市场

　　石墨烯被研究者和各大媒体誉为“新材料之王”，是人类已知强度高、韧性好、重量轻、透光率高、导电性佳的新型纳米材料，但石墨烯电池为什么没有取代锂电池成为电动车的电池？

　　集万千光芒于一身的石墨烯聚合电池，有着比能量高、充电速率快等优点，正好是当今电动汽车的痛点所在。比如早在2015年，华为瓦特实验室在日本第56届日本电池大会上发布的一项快充技术，这款3000mAh的石墨烯电池仅需5分钟，就可获得高达48%的电量。

　　更有甚者，早在2014年，西班牙Graphenano公司就与西班牙科尔瓦多大学，合作研究出了首例石墨烯聚合材料电池。

　　按他们的说法，这款电池有着诸多优点：

　　1、一个石墨烯电池的比能量超过600wh/kg，储电量是当时市场最好产品的三倍，这个表现放在当今都能呈碾压态势（比如目前比亚迪磷酸铁锂电池的单体能量密度为150~160Wh/kg、特斯拉最新的21700电池系统的能量密度在300Wh/kg左右）；

　　2、单次续航里程可高达1000公里；

　　3、单次完全充电仅需8分钟以内；

　　4、使用寿命是传统氢化电池的四倍，锂电池的两倍；

　　5、重量仅为传统电池的一半；

　　6、Graphenano表示，此款电池的成本比锂电池低77%。

　　如果从实验室角度看，这些数据我并不十分怀疑，因为石墨烯电池又被称为“圈钱利器”或“论文利器”。不信去大学看看就知道了，研究这东西很好发文章，但真到实用阶段，基本都哑火了。

　　事实上就目前石墨烯在电池上的应用来说，主要是和硅结合，所谓的石墨烯电池，本质上还是属于锂电池。

　　那么石墨烯可以在锂电中充当什么角色呢？对其研究的有正极活性材料，负极活性材料，以及导电剂。如果石墨烯充当正极，电压要比三元、铁锂低很多，根本不占优势。负极活性材料呢，即便是其能达到其理论值750mAh/g的比容量，其相对于研究比较活跃的硅负极（4200mAh/g）或者锡（900mAh/g）负极要低很多，而且石墨烯本身存在着缺陷，这样虽然可以嵌入很多锂，但是没办法脱嵌，这样就导致了一个很严重的问题：首次不可逆容量低。

　　打个比方，如果我们以全电池磷酸铁锂（175mAh/g）为正极，石墨烯为负极，如果首次效率为60%的话，磷酸铁锂就变为了105mAh/g，能量密度迅速下降，损失很多不必要的锂。

　　若在电池负极里面代替原来的石墨，虽然可以提升电池的整体容量和充电速度，但性能提升效果有限，并没到上文所述那般强势。

　　当然，这并不是阻碍石墨烯电池面市的主要原因，量产化困难的主要原因在其内部。

　　1、 全石墨烯电池成本十分高昂，而且制备难度大，几乎不可能量产。现在公布的一些惊人数据基本都来自纯度极高的石墨烯电池，仅出现在概念阶段或实验室内；

　　2、 “掺杂石墨烯电池”在锂电池上的作用是导电剂或电极嵌锂材料，但与传统的导电碳和石墨低廉的成本相比，前者带来的性能提升不足以吸引各厂家；

　　3、 石墨烯材料本身具有的高比表面积等性质，与现在的锂离子电池工业的技术体系无法相容；

　　4、 除此之外，比如其他材料的冲击（比如硅在做负极上有着更高的理论容量）和分散工艺难度高等问题，都制约着它在锂电池上的应用。

　　总之，首先要说明的是，石墨烯电池取代锂电池在中短期内基本是不可能的；“掺杂石墨烯锂电池”虽然有着一定的应用前景，但收效并不大，完全不足以撼动现今的格局。