材料百态

近几年，新能源汽车可谓是汽车行业中风头正火的“新宠”。节能环保方面的强大优势、福利多多的购车政策、后期较低的养护成本、上路又不限号，新能源汽车可谓百般好。可是为什么不少消费者犹豫购买呢？

大多数购车者在新能源汽车与传统燃油车之间举棋不定，无非是考虑电池的续航能力以及充电的方便程度，归结起来就是一点：新能源汽车的电池技术怎么样？

近年来，纯电动汽车的快充技术多亏了一种新材料的出现而迅速发展，预计3至5年后，纯电动汽车只要充电5分钟就能充到80%电量，大约能行驶300公里。

这是一种什么样的材料呢？相信你也略有耳闻，那就是石墨烯。

提起石墨，你一定不陌生，铅笔笔芯就是石墨与黏土的混合体。但你能想象，从柔软的石墨中分离出来的石墨烯却是高强度、高导电、超薄超轻的“全能选手”吗？

2004年，英国曼彻斯特大学的安德烈·盖姆和康斯坦丁·诺沃肖洛夫两位物理学家合作，从石墨中分离出了石墨烯，并因此获得了2010年的诺贝尔物理学奖。石墨烯也被誉为“能彻底改变21世纪的黑科技”。

石墨烯的结构很有趣，其碳原子紧紧地结合成一个二维的薄到几乎透明的蜂巢式结构，但石墨烯却是目前已知强度最高的材料之一，有着优异的光学、电学、力学特性。在材料学、微纳加工、能源、生物医学和药物传递等领域，石墨烯也具有重要的应用前景，被认为是一种未来革命性的材料。

将石墨烯这个耀眼的“明星”材料运用到电池中，能为我们解决哪些问题呢？

新能源汽车即充即走不是梦

“充电7秒钟，行驶35公里。”这不再是一句广告语，而是我国中科院研究人员研制出的石墨烯基锂电池具有的优异储能特性的展现。石墨烯基锂电池是在传统锂电池的电极材料中添加石墨烯的一种新型电池，具有充电速度更快、容量更大、寿命更长等突出优势。

石墨烯基锂电池快速充电的原理是锂离子能够在石墨烯表面和电极之间大量、快速地“游泳”穿梭。石墨烯具有优异的电子和离子传导性能及特殊的二维单原子层结构，可在电极间为锂离子规划出最优移动路径，大幅度提升锂离子电池的充放电速度。

不惧挑战，“满血”待机

电池续航这个“老大难”问题在石墨烯面前也都不是事儿。几年前，我国就成功研制出石墨烯基锂电池“烯王”，可经受住零下30至80摄氏度的“严寒酷暑”考验，充电效率更是普通电池的24倍。

石墨烯的加入，尽管不能在短时间内作为单一的品类彻底颠覆锂电池。但作为一种添加剂和催化剂，还是能够改变电池领域的现有格局。

手机、汽车都不怕“冷”

相信北方朋友们冬天偶尔会遇到这样的情况：手机明明电量很足，可是一到寒冷的室外就自动关机。除了手机，许多新能源汽车也有着类似的问题，这给我们的生活造成了极大的不便，电池的抗低温性也是大众选择商品时需要考虑的一个重要因素。

低温影响电池工作，究其原因，是锂电池在工作时，锂离子会在正负极之间移动，而低温会让离子活性降低，导致放电容量减少，很快锂离子就“跑不动”了，导致电池可用量迅速下降。

怎么办？难道只能少出门了吗？这时候就轮到我们的石墨烯闪亮登场啦。

石墨烯电池与普通电池相比，不仅充电时间短、待机时间长，而且抗低温性能优异，堪称划时代的创造。

速途研究院发布的《2017年新能源电池行业分析报告》中提到，石墨烯电池被誉为一种具有划时代意义的电池，其工作温度范围约在零下40至120摄氏度，可以说完全不受天气温度的影响。

石墨烯时代，还需等待

说了这么多，也许你不禁要问，石墨烯诞生至今十几年了，到底什么时候石墨烯应用才能普及开来？

其实在2012年，因石墨烯材料研究而获得诺贝尔奖的康斯坦丁·诺沃肖洛夫和他的同事就曾经在《自然》上发表文章讨论石墨烯的未来。他认为，作为一种材料，石墨烯“前途是光明的、道路是曲折的”，虽然将来它也许能发挥重大作用，但是目前仍需克服批量化生产以及大尺寸制造等难题。

另外，考虑到产业更新的巨大成本，让石墨烯电池完全取代现有的锂电池等设备还要谨慎。

如此优秀的石墨烯，难道只能养在“深闺”吗？当然不是，随着研究的不断深入，技术难题的接连攻克，应用范围也在不断拓宽，科学家们普遍相信石墨烯器件时代已为期不远，我们也可以期待一下这个“21世纪的神奇材料”会带来怎样的惊喜。

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