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先说结论，石墨烯很贵，想拥有石墨烯特性的产品，不可能普及。所以目前打着石墨烯旗号的产品都是忽悠。 “石墨烯”这个词是2010年底突然火起来的，因为那一年的诺贝尔奖颁给了石墨烯的制备和研究。当时，给大家留下最深印象的就是，原来最早的石墨烯是用透明胶带一层一层的从石墨上撕下来的。很多人发现靠日用文具都能获得诺贝尔奖，感觉真神奇。 而就在诺贝尔颁奖后的那个冬天，石墨烯发热腰带、石墨烯口罩、石墨烯裤衩儿等老百姓也能买到的石墨烯产品就纷纷上市了。不久，也有了石墨烯电池。 石墨烯究竟能不能做成电池呢？ 答案很简单，不能。称呼电池是什么电池，都是以正极材料称呼的，因为负极大家普遍用的都是石墨。如果正极用的是钴酸锂，就是手机里的那种电池。如果正极用的是三元锂、磷酸铁锂，就是电动汽车里用的比较多的。 所以，如果你说这个电池是石墨烯电池，那在它充放电的过程中对电子的输运起主要作用的就应该是石墨烯。但是，石墨烯不可能承担这个作用。 严格来说，石墨烯就是一层碳膜，只不过它要求碳和碳之间全都以正六边形手拉手连接好，织成一张大膜。这张膜有很多令人惊讶的特性，特别是能在二维平面导电，在这个平面上导热也特别好，特别快，而且还结实。单层的一平方米的石墨烯膜，悬空，中间放一只猫，它都能兜住。要知道，这是一个原子厚度的极薄的膜啊。 但是，所有这些神奇的特性都要求它只是一层碳膜。这句话就是识别二阶科淆产品的关键。如果它不再是碳了，或者不再是一层膜了，而是十层，那刚刚所有的神奇特性全部瞬间消失。尽管十层也依然是极薄的，但那也没用，石墨烯顿时就变成了铅笔芯里的石墨。 石墨烯是按克卖的，价格还比黄金贵十倍；而石墨是按吨卖的，一吨两三千块钱，就是这么大的区别。 所以，即便一个锂电池里加了石墨烯，它也仍然是锂电池，是锂离子承担充放电的功能。严格来说，是不可能有石墨烯电池的。 那么，有没有往锂电池里加石墨烯的呢？ 有，不过不多。而且往正极加也行，往负极加也行，作用只有一个，就是用作导电剂。 电池里的导电剂都是各种粉末，越细越好，通常用的就是磨得很细的碳粉，你叫它石墨也行。 而石墨烯是比碳粉磨得还要细的碳粉，所以如果电池里加入了石墨烯，就能更保证接触面积，电池的导电效果就会更好。 但是，电池可是成吨成吨生产的，而正经的石墨烯一克三千块钱，怎么可能用得起呢？制造商添加导电剂，其实只是希望提高电池的性能，用磨得比专门用作导电的碳粉还细就可以了。于是，买最便宜的那种所谓的“石墨烯”就行了，但那种石墨烯可能是二十层的。 所以，尽管他们声称自己的电池里加入了石墨烯，但这种场合下的石墨烯，在科学语境里是完全不能称之为石墨烯的，因为它早都没有石墨烯那些超神奇的特性了。 随着技术进展，今后石墨烯会不会真的能成为一种电池呢？ 不会的。因为如果碳成了电池中承担电子输运的材料，石墨烯的结构肯定就不能再维持了。而结构才是石墨烯的关键，一旦结构不再，石墨烯就消失了，它的神奇特性也就没有了。 作为辅助材料，石墨烯会不会对电池有更好的帮助呢？ 当然会，不过也只是辅助性的。 总之，石墨烯在高倍率电池里能有所帮助，可能就是缓冲电极在充放电过程中体积的膨胀和收缩，外加作为更好的导电剂。其他的用途都只在实验室，而且前景远不如改进电池正极材料更吸引人。 各种石墨烯忽悠产品 石墨烯是从2010年底火起来的，但今天，十年过去了，正经的石墨烯依然只是实验室里研究的对象。我强调的“正经的石墨烯”，就是特指一到两层的那种，可以说几乎没有什么应用。所以，如果你不是这个行业的业内人士，最近几年只要听到石墨烯这个、石墨烯那个，当作二阶科淆产品就没错了。 目前，各种石墨烯产品都是根据真正的石墨烯的特性编造出来的。 比如，为什么石墨烯会出现在帽子、手套、围巾、保暖腰带上呢？因为真正的石墨烯导热性超好，那我们就给它编到冬季的服饰里宣传。 为什么石墨烯会出现在裤衩、缆绳、防弹衣上呢？因为结实嘛。刚刚说过，一层连厚度都看不出来的膜就能兜住一只猫。所以做成裤衩，耐磨；做成缆绳，不断。但裤衩是宏观物体，而超过五层原子厚度的石墨烯就跟石墨没有区别了，要想让石墨烯裤衩足够结实，就必须是单层的，那可是透明的。你是打算穿透明裤衩吗？ 为什么石墨烯会出现在电池上呢？因为电子迁移率高、电阻小。注意，这些全都是在单层石墨烯膜上测到的，如果不是膜状结构，电子迁移率也不高，电阻也不小。但对电池来说，这些是最好的特性，怎么能不借势吹一波呢？ 电池的发展代表了科技基本盘的发展，因为它的背后是材料学、物理学的进展。时间拉长，电池的性能平均每年能提升10%就非常不错了。 最近八年，之所以电池技术高速发展，是因为之前新能源汽车还没有成为主流产品，很多积累的材料学理论可以作为近期集中爆发的理论基础。另外就是，除了电芯这个核心部件之外，电池里一直没有做优化的外部零件还有很多，比如电池的封装模式从钣金结构变成复合材料，就能减重上百公斤；改变极耳和电池外壳的尺寸，就能在能量密度上提升20%-50%。 而当基础理论的红利爆发完毕、电芯外可改进的空间优化完毕，市场进入充分竞争的时候，电池的能量密度能每十年翻一倍就很不错了。但即便是突破，大概率也不会和石墨烯有什么关系。 本篇内容来至得到《卓克·科技參考》，了解科普知识，可以购买老师的课程。可能其中一篇就值课程费了。邀请你跟我一起做同学。 |
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