石墨烯電池是一種新型的由石墨烯，碳原子在一個(gè)蜂窩圖案薄片的電池。謠言是特斯拉正在研究一種汽車石墨烯電池，它可以比普通電池快五倍。

隨著電動(dòng)汽車獲得越來(lái)越多的市場(chǎng)份額，新電池技術(shù)正在實(shí)施中，以提高其范圍和效率。石墨烯電池是可應(yīng)用于電動(dòng)車輛的新技術(shù)之一。

電動(dòng)車最大的問(wèn)題之一是電動(dòng)車使用的電池大而重。這些電池需要很長(zhǎng)時(shí)間才能充電并且耗盡能源，而且速度很快。為了解決這個(gè)問(wèn)題，許多人都在尋找石墨烯電池作為解決方案。就在去年，薩塞克斯大學(xué)的一名學(xué)生工程師設(shè)計(jì)了一種新型石墨烯電池，有可能徹底改變電動(dòng)汽車的景觀。石墨烯電池可以通過(guò)許多不同的方式來(lái)改善當(dāng)前的電池技術(shù)，例如提供延長(zhǎng)的電池壽命和性能。

什么是石墨烯？

由于石墨烯的結(jié)構(gòu)，石墨烯電池可以提供比傳統(tǒng)電池更高的性能。石墨烯由緊密結(jié)合在一起的碳原子構(gòu)成蜂窩狀結(jié)構(gòu)。石墨烯結(jié)構(gòu)非常薄，基本上是二維的。

石墨烯是熱能和電能的良好導(dǎo)體。石墨烯也是化學(xué)惰性的，具有大的表面積但仍然是柔性的，并且非常輕。石墨烯通常被認(rèn)為是可持續(xù)的和環(huán)境友好的，具有許多不同的可能應(yīng)用。

石墨烯的六角形薄結(jié)構(gòu)

電子通常具有與它們相關(guān)的小有效質(zhì)量，只要它們穿過(guò)固體結(jié)構(gòu)，這限制了它們的運(yùn)動(dòng)。這是他們與周圍所有其他粒子相互作用的結(jié)果。由于片狀石墨烯是二維的，因此它不會(huì)與其他粒子發(fā)生這些相互作用，所以石墨烯中的電子就好像沒(méi)有質(zhì)量一樣起作用。他們可以在太空中快速移動(dòng)，幾乎以光速移動(dòng)。

這種獨(dú)特的行為使得石墨烯具有如此卓越的導(dǎo)電性，能夠比銅導(dǎo)電近35％。通過(guò)石墨烯進(jìn)行的電子傳輸也比通過(guò)硅片好1000倍，這有助于為什么基于石墨烯晶體管的計(jì)算機(jī)具有比當(dāng)前硅基計(jì)算機(jī)快數(shù)千倍的潛力。這也是為什么石墨烯始終保持最小電導(dǎo)率的原因。

石墨烯的電池應(yīng)用

在電池應(yīng)用方面，與石墨烯結(jié)合使用時(shí)，普通電池的性能可顯著提高。石墨烯電池非常適合更短的充電時(shí)間和高容量的能量存儲(chǔ)。電池材料或電池電極中的碳量與電池的壽命呈負(fù)相關(guān)，但石墨烯可提高導(dǎo)電率，而不需要普通電池中使用相同量的碳。

石墨烯可以改善電池的各個(gè)方面，如能量密度和結(jié)構(gòu)。傳統(tǒng)的鋰離子電池可以通過(guò)將石墨烯與電池組合來(lái)改進(jìn)。電池的陽(yáng)極可以添加石墨烯，通過(guò)利用材料的導(dǎo)電性可以優(yōu)化電池的性能。

混合材料也可以增強(qiáng)電池。石墨烯和氧化釩可以結(jié)合在一起，為鋰離子陰極提供快速充電和放電能力。混合材料還可以提高充電循環(huán)的耐久性和導(dǎo)電性。氧化釩具有較差的導(dǎo)電性，但是通過(guò)使用石墨烯作為氧化物可以附著的骨架，它創(chuàng)建了一種兼具優(yōu)異的容量和導(dǎo)電性的混合物。

鋰離子充電電池也可以用石墨烯進(jìn)行改進(jìn)。磷酸鐵鋰（LFP）電池具有比其他鋰離子電池更高的整體功率密度，但它們的能量密度也更低。石墨烯可用于增強(qiáng)LFP陰極，使電池重量更輕，儲(chǔ)存容量更大，充電速度比普通磷酸鐵鋰電池快得多。

石墨烯電池和超級(jí)電容器的結(jié)合使用可以大大提高電動(dòng)汽車的效率和續(xù)駛里程，電動(dòng)汽車公司已經(jīng)投資開(kāi)發(fā)汽車用石墨烯電池。

電動(dòng)汽車中的石墨烯電池

石墨烯電池的新進(jìn)展已經(jīng)導(dǎo)致電池的創(chuàng)造超過(guò)了目前使用的任何鋰離子電池的性能。西班牙電池公司Graphenano去年推出了一種石墨烯聚合物電池，一次充電可以使電動(dòng)汽車行駛800公里或497英里。理論上電池也可以在幾分鐘內(nèi)充電。由于其石墨烯結(jié)構(gòu)，電池的充電和放電能力比普通鋰離子電池快大約33倍。

由HenrikFisker經(jīng)營(yíng)的Fisker公司，也許是特斯拉電動(dòng)車成功的最大競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手，最初計(jì)劃在其新電動(dòng)車FiskerEMotion中使用石墨烯電池。然而，該計(jì)劃后來(lái)因鋰離子電池而下降。盡管決定將用于電動(dòng)車輛的石墨烯電池作為替代品，但Fisker表示，該公司對(duì)固態(tài)石墨烯電池組電池的研究將繼續(xù)進(jìn)行。

如果菲斯克決定在他們的車輛中使用石墨烯電池，他們可能是第一家這樣做的公司。也就是說(shuō)，它不像特斯拉坐在場(chǎng)邊，而其他公司則追求電動(dòng)車技術(shù)的進(jìn)步。如果石墨烯電池成為一項(xiàng)變革性技術(shù)，特斯拉將會(huì)在某種程度上追求其使用的可能性。

與此同時(shí)，對(duì)石墨烯電池的研究仍在繼續(xù)，正如可以利用石墨烯的超級(jí)電容器所做的工作一樣，并且可能會(huì)使傳統(tǒng)電池在不久的將來(lái)被淘汰。超級(jí)電容器由三層組成。它具有兩層石墨烯，而中間層是一層電解質(zhì)。超級(jí)電容器薄膜非常薄而且非常牢固穩(wěn)定，并且可以在很短的時(shí)間內(nèi)釋放出大量的能量，這對(duì)于電動(dòng)車輛需要額外的能量來(lái)快速提高加速度是必須的。