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石墨烯电池是智商税吗？

本文首发鲁大师电动车测评官方公众号【车量】。

近年来，凡是和新兴技术挂钩的产品都格外吃香，例如前些年的纳米技术，又例如近几年的石墨烯。

一石墨烯是什么

石墨大家都很熟悉，碳的同素异形体，而石墨烯则是石墨被剥离至单层时，仅有一个碳原子的厚度时，这层石墨片就是石墨烯，英文名字叫做Graphene，这是 Graphite（石墨）的前半部分加上一个无机化学中用来表示单原子厚度二维结构的 “-ene” 后缀，有点缝合怪的意思了。

石墨烯不是天然存在的材料，而且一直被认为是假设性的结构，无法单独稳定存在。直到2004年，英国曼彻斯特大学物理学家安德烈 · 海姆和康斯坦丁 · 诺沃肖洛夫将石墨片放置在塑料胶带中，折叠胶带粘住石墨薄片的两侧，撕开胶带，薄片也随之一分为二。不断重复这一过程，就可以得到越来越薄的石墨薄片，而其中部分样品仅由一层碳原子构成，就这样他们制得了石墨烯。

是的，你没看错，就是这样原始的方法，他们提取到了石墨烯，而这一发现，也帮助他们获得了2010年诺贝尔物理学奖。

撕出“石墨烯”的胶带，上面还有海姆的签名，现存于瑞典诺贝尔奖博物馆

二石墨烯的优点

石墨烯的发现及其独特性质刺激了全球研究者的神经，更有人将其称之为“改变21世纪的材料”。

石墨烯目前是世上知道的最薄却也是最坚硬的纳米材料，它几乎是完全透明的，只吸收2.3%的光，且因为其具有独特的线性电子能带结构，电子在石墨烯中运动几乎没有阻力，迁移速度极快，是世上已知的电阻率最小的材料。几个目前的世界之最记录足以说明石墨烯的稀罕程度。

石墨烯的应用场景也十分广泛，无论是移动设备，还是航空航天，新能源电池上，都有极其广阔的前景。

三疯狂的石墨烯电池

石墨烯研究领域中，要说最火的产品，石墨烯电池说第二，没人敢说第一。

石墨烯因为其独特的性能，有着比能量高、充电速率快等优点，有效地解决了当今电动车的痛点所在，于是一瞬间，关于石墨烯电池的研究文献和产品如雨后春笋般相继涌现。

石墨烯电池概念的出现可以追溯到2014年，当时西班牙 Graphenano 公司（一家专门研究石墨烯的公司）就宣称同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，一次充电时间只需8分钟，可行驶1000公里。该公司还宣布2015年这种石墨烯电池就投入量产阶段。

2017年，三星决定向石墨烯电池发起挑战，并递交了相关专利。2018年，三星展示了一种搭载“石墨烯球”技术的电池，该技术可以使电池容量增加45%，充电速度提升5倍，并且能够极大地延伸电池的使用寿命。

当然不止国外，国内对石墨烯电池的研究也是热火朝天阶段。

2015年12月中旬，中科院上海硅酸盐所的研究团队在《科学》上发文指出，其研制出一种高性能超级电容器电极材料——氮掺杂有序介孔石墨烯。

一些媒体盛赞：“该材料具有极佳的电化学储能特性，可用作电动车的‘超强电池’，这种电池的最大亮点就是充电7分钟，行驶35公里，使用寿命是锂电池的两倍。”

12月底，华为终端公司手机产品线副总裁李昌竹又在2015年移动智能终端峰会上透d露，华为可能在2016年下半年商用石墨烯电池技术。

无独有偶，2021年，广汽埃安官方发布全新动力电池科技预告，“石墨烯基超级快充电池，8分钟可充满80％，NEDC续航里程1000公里，硅负极电池让电动汽车进入“月充时代”。

在海报的末尾，也宣称该电池经过了史上最严苛的安全测试——电池枪击实验，即将量产搭配。

这一消息的宣布，直接点燃了资本市场的热情，当日，广汽集团A股拉升至涨停，截至收盘，该股报12.52元，全日成交10.2亿元。广汽集团港股尾盘也大幅拉升，涨幅一度超20%，收于9.38港元。

除了电动汽车领域对石墨烯电池情有独钟，电动单车业界也同样不遑多让。

爱玛官网宣称爱玛礼尚N370搭载抗衰石墨烯电池，百公里内不用充电。

而隔壁的雅迪也不甘示弱。今年的9月23日，雅迪举办了技术发布会，推出了第三代石墨烯电池，表示-20℃仍能够正常充放电，1小时可以充电80%，搭载第三代石墨烯电池的冠能二代 E8更是充电一次即可跑200公里。要知道，从成都到重庆直线距离也不过270公里。

可是石墨烯电池狂欢的背后，却是一地鸡毛。

西班牙 Graphenano 公司宣布2015年量产的石墨烯电池至今仍停留在概念阶段，没有走出PPT；

而三星公司向石墨烯电池发出的挑战至今还没有消息，依旧停留在2017年；

华为也证实关于石墨烯电池的应用还处于研究阶段，部分关于华为手机要搭载石墨烯电池的说法是谣言；

就在广汽埃安官方发布预告后的第二天，中国科学院院士、中国电动汽车百人会副理事长欧阳明高在在百人会论坛中直接打脸。

“如果有人告诉你，这个车能跑1000公里，几分钟能充满电，还很安全，成本又很低。以目前的技术来讲，大家不用相信，因为这是不可能的。”

四石墨烯+电池≠石墨烯电池

电池行业，命名是一件十分讲究的事，一般都遵循一个原则，“哪种成分起主要作用，就以哪种成分来定义”。

比如，我们最常接触到的智能手机电池，正极是钴酸锂，负极是石墨。如果按照学术上的定义，应该叫做“钴酸锂-石墨电池”，或者“钴酸锂电池”。

当然，我们已经将锂系电池通俗化为“锂离子电池”，是因为索尼公司在将钴酸锂电池推向市场的时候，为了方便传播，锐化锂离子的充放电迁移过程，才称呼为“锂离子电池”。

之后，我们接触到的电池，其命名规则更加专业。由于负极多数为石墨，正极却不同，而且对性能的影响很大。

所以，一般命名以正极材料作区分，比如三元电池（主要为镍钴锰酸锂电池）、磷酸铁锂电池、锰酸锂电池，基本形成了动力电池领域的主流分支。

那么现在市场上宣称的石墨烯电池真的是以石墨烯为主要材料吗？很显然，答案是否定的。

且不说提取大批量石墨烯的难度之高，石墨烯的售价就不是一般厂家可以承受的了。目前石墨烯根据纯度不一样，价格在每克几元到几百元之间，换算成吨最便宜也是百万元了，而传统导电炭黑和石墨一吨只需要几万元左右。

目前市场上所说的石墨烯电池，仅仅是将石墨烯作为导电添加剂和功能涂层，与正负极材料形成复合电极，和真正的石墨烯电池相差甚远，其作用也是提高电极的导电性或者导热/散热特性，并不是电池正负极的活性材料。

清华大学材料科学与工程博士刘冠伟在知乎上发文表示：“简单来说，石墨烯只能做个导电添加剂，根本不可能做电池的主体活性材料，成本还贵，在电池里就是一个使用量很小的添加剂，根本不是主力/主要机理贡献者，所以根本不应该用石墨烯（基）为电池命名。基本就不存在什么石墨烯电池，只存在“掺/用了石墨烯的锂离子电池/铅酸电池等。”

见过一个恰当的比喻，煲了一大锅海鲜粥，有梭子蟹、九节虾、花甲、瑶柱、蛏子王，煲好之后撒了一把盐，我就可以把它命名为 “盐巴粥” 了吗？

石墨烯只能作为导电添加剂，是盐巴；不是电池的主体活性材料，不是虾蟹。

五石墨烯电池难在哪里

讨论电池如果不说它得性能和指标，无异于耍流氓的行为。那么石墨烯电池之路究竟难在哪里呢？

简单搜索与“石墨烯电池”相关的消息，我们会发现，多数情况下提到的性能突破是“快速充放”。

这恰好也是石墨烯的特殊应用，在学术界，多有研究。一些学者通过控制石墨烯的氧化状态，将其做成电极材料，利用比表面积大的特性实现快速的电化学反应，由此“快速充放”。但注意，这个时候，石墨烯形成的结构更准确来讲是“超级电容”。

电容不是电池，这是两个概念。

超级电容可以快速充放，说明其功率密度很大。但是功率密度大奈何其能量密度低啊，简单来说就是“一次充电后，储电量太少，续航里程太低”。

通俗一点讲就是水龙头放水很快，奈何接水的木桶太小了，装不了很多水。

所以，如果想把石墨烯融合于电池产业，最终还是要回到锂离子电池本身。

目前可以看到的，主要有两个方向，一是作为导电添加剂，二是作为负极材料。

抛开昂贵的成本不说，石墨烯应用本身就隐含了不少困难。

石墨烯作为导电剂，可以促进快速充放电，但对工艺本身提出了很高的要求。常温下，石墨烯也无法做到超导，与更廉价的添加剂相比，并没有太多优势。

至于将石墨烯用作负极材料，理论上比石墨电极容量大，但性能很容易受到表面状态的影响。而且，石墨烯将遇到“一生之敌”硅的挑战，毕竟将硅作为负极材料，容量更大，而且更加唾手可及。

石墨烯绝对是潜力无穷的新技术领域，可以在很多行业大放异彩，但在动力电池领域可能举步维艰。

“‘石墨烯电池’这个技术接近于不存在，石墨烯只有在理论上能够提高充放电速率，而对于容（能）量的提升基本没有任何帮助（期望‘石墨烯电池’可以解决手机/电动汽车续航的人要失望了），其噱头意义远大于实用价值。而且石墨烯材料本身纳米材料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是不兼容的，应用的希望十分渺茫。”刘冠伟如此说道。