【石墨烯电池】石墨烯电池技术原理 电动汽车续航里程的未来？

【石墨烯电池】石墨烯电池技术原理 电动汽车续航里程的未来？

石墨烯电池技术原理

石墨烯电池在饱和氯化铜溶液中，时间(小时、天数)和产生电压的关系。

实验制成电路其中包含LED，用电线连接到带状石墨烯。他们只是把石墨烯放在氯化铜(copper chloride)溶液中，进行观察。LED灯亮了。实际上，他们需要6个石墨烯电路，形成串联，这样就可产生所需的2V，使LED灯发亮，就可以得到这个图片。

这里发生情况就是铜离子具有双重正电荷，穿过溶液的速度约每秒300米，因为溶液在室温下的热能量。当离子猛烈撞入石墨烯带时，碰撞会产生足够的能量，使不在原位的电子离开石墨烯。电子有两种选择：可以离开石墨烯带，和铜离子结合，也可以穿过石墨烯，进入电路。

原来，流动的电子在石墨烯中更快，超过它穿过溶液的速度，所以电子自然会选择路径，穿过电路。正是这一点点亮了LED灯“释放的电子更倾向于穿过石墨烯表面，而不是进入电解液。设备就是这样产生电压的，”

因此，这个装置产生的能量来自周围环境的热量。他们可以提高电流，只需加热溶液，也可用超声波加快铜离子。只依靠周围热量，就可以使他们的石墨烯电池持续运行20天。但是，还有一个重要的问号。另一个假设是某种化学反应产生电流，就像普通的电池。

然而，们排除了这一点，因为进行了几组控制实验。然而，这些是在一些补充材料中介绍的，他们似乎并没有放在arXiv网站上。他们需要赶在别人做出严肃声明之前公开。从表面价值来看，这看起来是一项非常重要的成果。其他人也在石墨烯中产生过电流，但只是让水流过它，所以这并不真的使人吃惊，移动的离子也可以产生这样的效果。这预示着清洁的绿色电池，只依靠环境热量驱动。

石墨烯电池的应用

消费电子展上可弯曲屏幕备受瞩目，成为未来移动设备显示屏的发展趋势。柔性显示未来市场广阔，作为基础材料的石墨烯前景也被看好。有数据显示2013年全球对手机触摸屏的需求量大概在9.65亿片。到2015年，平板电脑对大尺寸触摸屏的需求也将达到2.3亿片，为石墨烯的应用提供了广阔的市场。韩国三星公司的研究人员也已制造出由多层石墨烯等材料组成的透明可弯曲显示屏，相信大规模商用指日可待。

另一方面，新能源电池也是石墨烯最早商用的一大重要领域。之前美国麻省理工学院已成功研制出表面附有石墨烯纳米图层的柔性光伏电池板，可极大降低制造透明可变形太阳能电池的成本，这种电池有可能在夜视镜、相机等小型数码设备中应用。另外，石墨烯超级电池的成功研发，也解决了新能源汽车电池的容量不足以及充电时间长的问题，极大加速了新能源电池产业的发展。这一系列的研究成果为石墨烯在新能源电池行业的应用铺就了道路。

由于高导电性、高强度、超轻薄等特性，石墨烯在航天军工领域的应用优势也是极为突出的。前不久美国NASA开发出应用于航天领域的石墨烯传感器，就能很好的对地球高空大气层的微量元素、航天器上的结构性缺陷等进行检测。而石墨烯在超轻型飞机材料等潜在应用上也将发挥更重要的作用。

电动汽车续航里程的未来？

中国新能源汽车推广长达5年，但效果并不理想。

市场化艰难的主要原因，在于使用的便捷度上：一是，续航里程较低，消费者普遍有里程焦虑;二是，充电设施不完善，充电不方便影响使用。

在传统的解决方案中，车企采用了先推广混合动力车型缓解里程焦虑，消费者可以根据实际情况选择用油或者用电;另一个角度，国家鼓励大规模建设充电站和充电桩，缓解充电难。

石墨烯超级电池的出现，可能彻底改变现有的充电问题。续航里程成倍增长，长途出行的里程焦虑可能彻底打破。以西班牙的超级电池为例，1000公里的续航里程几乎接近北京到上海的直线距离，远超出传统汽车一箱油的行驶距离。

石墨烯充电速度提升，可以减少充电时间，宏观上可以大范围减少充电站和充电桩的需求。以目前全球领先地位的特斯拉ModelS85为例，其通过大功率的超级充电站充电，也要80分钟才能充满，车主等充电的时间仍然是一次煎熬。

目前，石墨烯已被投入新能源车电池的制造中。经过国内外无数次试验证明，由于石墨烯独特的物理性质，电子可以在石墨烯材料表面更快速的流动，并能更迅速地与铜离子结合，换言之就是能大幅度提高电池的充电速度。据美国纽约州伦斯勒理工学院的研究数据显示，使用石墨烯制造的电池，充放电速度是锂离子蓄电池的10倍。

目前，油电混合动力车被认为是市场上最适合由燃油车过渡到电动车的最好产品，而且这个过渡阶段可能长达15-20年，但电池材料的进步可能推翻这种预判，甚至连纯电动车的普及也可能不需要那么长时间。

“超级电池”一旦大规模应用到电动车上，对整个行业将是颠覆性的。“一些百年车企可能没有这项技术而衰落，而一些只有十几、二十年的车企，因为掌握新材料技术，可能成为新的巨头。”