電池研究院：石墨烯電池是騙局嗎？

　　本來不想趕石墨烯這趟渾水，結果最近筆者在一家耳機商家那里看到石墨烯振膜。

　　好家伙，比索尼生物振膜還囂張的黑科技？！

　　這枚要價400多塊的智商稅，初看覺得商家為了撈錢還是做了點功課的，起碼這次說對了石墨烯的元素組成，但你說石墨烯強度是鋼的100倍所以用石墨烯做振膜這也太扯了，紙質振膜多了去了，誰家比硬度的呀？ 

　　再說了，什么“信號經過多重衰減才能保證振膜不被震破”，難道“功率放大器”是用來衰減模擬信號的？

　　嗐，還把5μm寫出來了，現在STAX靜電振膜都做到1μm工藝了，你的5μm是上兩個時代的玩意了。

　　再到淘寶搜一下“石墨烯”這個詞，多數在賣石墨烯內衣褲、石墨烯地暖、石墨烯充電寶，還有一些在賣量子點。

　　疫情當前，現在還有人在炒石墨烯口罩，據稱“能自清潔”，老牛了，就差智能基因測序并自動研發出抵抗新冠病毒的藥劑了。

　　如今我看到石墨烯電池的眼神，就像看待量子波動閱讀一樣……

　　當然，你也可以在淘寶上搜一搜“量子”，比如這個“量子能力艙”就老厲害了，8000塊一個都有2個交易記錄，看來是芳村精神病院收費太貴有人棄療了。

　　再看一下介紹，好家伙我直接就是一句好家伙，東西放在這量子艙里面，會提升附加值？！難不成100元大鈔的面值大概會變成123元，烤腰子就會變得不騷，裝著MP3文件的U盤會迸發出WAV線性錄音的無損音質？

　　這些養生玩意，包括且不限于石墨烯、量子、納米、遠紅外、磁療、負離子等字眼的玩意，跟速馬力驢總的燃油催化器有得一比，一看就是我國九年義務教育沒落實到位的后遺癥。

　　這些商品的可信度跟磁爆步兵楊永信能治療網癮的可信度差不多。

　　如果驢總的催化器能減排80%，大眾集團花500萬買下這專利，可以省掉柴油門事件虧掉的一百多億歐元，現在升級國六也不需要加那個惡心死人的GPF了。

　　最近看到太多企業在炒石墨烯概念，實在待不住了，筆者決定寫這么一寫。

　　有任何說得不對的，歡迎下重手抨擊。

　　石墨烯，英文名叫Graphene，這是Graphite（石墨）的前半部分加上一個無機化學中用來表示單原子厚度二維結構的“-ene”后綴，一個縫合怪……

　　石墨烯聽起來有點科幻（方便了商家用來渲染低質高價產品），實際上化學式就是C而已，結構也非常簡單，便是只有一層/少數幾層碳原子厚度的二維材料，碳原子在這里以六角型蜂巢晶格形成平面薄膜。

　　正經的電池已經有兩個多世紀歷史，石墨烯被發現得卻比較晚，一直到2004年才被英國曼徹斯特大學物理學家安德烈·海姆（Sir Andre Konstantin Geim）和康斯坦丁·諾沃肖洛夫（Sir Konstantin Sergeevich "Kostya" Novoselov）從石墨當中分離出來。師徒兩人在2010年共同獲得了諾貝爾物理學獎。

　　查下圖左邊的諾沃肖洛夫之資料時（正經英國人誰叫“洛夫”?。?，筆者才發現這兩位英國頂尖學者居然都是擁有英國國籍的俄羅斯人……導師海姆出生在索契，學生諾沃肖洛夫出生在下塔吉爾。

　　說回石墨烯本身。這玩意是目前人類能找到的最薄的納米材料，因為太薄了所以只能吸收2.3%的光線，看起來就像透明的一樣。因此文章開頭那張耳機黑色振膜的圖也真是扯淡，麻煩下次行騙之前學點基礎物理常識先好不好……

　　借一張Soomal網的圖，這是一枚STAX SR-407靜電耳機的發聲單元，，振膜厚度只有1.35μm，單反根本拍不出來，目視是透明的。

　　對于石墨烯的可視化表述，我想了好一陣子，覺得足球龍門的球網最能表達這種單層透明蜂窩狀結構了：

　　石墨烯有一樣很有趣的地方是，它的電阻率只約10^-6Ω·cm！那還要什么銅線和銀線啊，石墨烯導線若能量產，可以徹底清掉現在Hi-End音響界的所有玄學導線，成為新的電導體霸主。

　　石墨烯跟電磁有著莫大的聯系，2004年海姆和諾沃肖洛夫師徒就是在實驗室室溫下觀察到了石墨烯的量子霍爾效應，發現到導體內的電荷載子受到洛倫茲力偏向了一邊（左手定則，懂？），并產生霍爾電壓。

　　既然石墨烯電導率這么強，電化學家們當然也想到了用它來制備電池配方，目前正在熱炒的“石墨烯電池”也是這么來的。

　　那么制備石墨烯難嗎？

　　Yes and No……

　　下圖右邊的就是各位表感情忠心用到的20世紀最大營銷騙局——鉆石。如今，人工制備鉆石已經不弱于天然鉆石了，但制備成本依然很高，多用于工業用途。

　　左邊的石墨烯也是碳，只不過結構并不同，石墨烯的C都是二維排布的。

　　海姆和諾沃肖洛夫師徒就想到了一個辦法，拿我們辦公用的透明膠帶去黏住石墨薄片，撕開的時候就粘走了好多層石墨烯結構。繼續拿新的膠帶粘原來那張膠帶，不斷分離層數，最終你將得到單層的石墨烯并捧走2010諾貝爾物理學獎的1000萬瑞典克朗……

　　不是跟你開玩笑，下圖這卷膠帶真的是海姆和諾沃肖洛夫師徒捐給諾貝爾博物館的真品。

　　考慮到現在品質好一點的石墨烯成品，價格隨便都能到10000元/克以上，我們是不是可以一卷膠帶致富了呢？

　　別想太多了。一來，用2B鉛筆畫一道，那一筆畫就有100萬層石墨，你算算要剝離多少次才能得到單層石墨烯；再者，你用撕膠帶法最多只能拿到一些石墨烯殘渣，折騰兩個月得到只值幾毛錢的玩意，真正理解了“2B”指的是什么。

　　石墨烯的發現雖然獲得了諾貝爾物理學獎，目前前景是一片光明，但目前還沒有非常確切的量產應用范圍。我們都知道這是一種部分物理性能非常優越的材料，但暫時還沒能用好它。

　　筆者不排斥石墨烯運用在鋰離子電池產品這種說法，因為石墨烯材質的電子遷移率很高，可以大幅度提升充電速度，因此是有可能成功的。

　　鑒于本系列專門聊電池，此節留在后文展開說。

　　當前基于石墨烯研發高充電性能的鋰離子電池依然是空中樓閣，但基于石墨烯研發超級電容器沒！毛！?。?/p>

　　超級電容介于傳統電容和二次電池之間，也是一種儲能裝置，之前已有超級電容公交車試運營案例出現，不過需要每站?？靠焖俪淠芤淮?。

　　雖然超級電容藏不住電，一下子就用光了，但只要它迅速得到補能即可繼續工作，快充正好是石墨烯材料的長項。

　　石墨烯二維材料有非常適合造超級電容器的物理特性，包括超大的“比表面積”（高達2630m²/g）和超高的電導性能，加入電極材料之后可以實現超級變態的超級快充速度。

　　筆者最近跟大家聊過氫燃料電池的事情，這種燃料電池是換能裝置，而不是儲能裝置。高壓儲氫罐作為儲氫裝置，目前有很高的技術門檻和成本門檻。

　　石墨烯材料可以輔助儲氫是聽過好多年了，而如今中科大有一個研究小組在《Nature Communications》發了篇論文說石墨烯材料還能幫助打造光伏制氫裝置。

　　具體的原理我就不解釋了，因為自己也不是看得很懂……

　　前文我們說過石墨烯很透光，電導性能也非常牛，這正好是透明導電薄膜最需要的物理性質！

　　透明導電薄膜可以用來造液晶屏幕，也可以用來造有機發光二極管、光伏電池等等，透光性能這么強變可以把太陽光譜用盡一點。

　　現在國內已有一些企業在籌備石墨烯透明導電薄膜的生產線，韓國三星也在整，但這玩意暫時還沒落到實處，網上那些軟文總說“有巨大成本優勢”，隨便聽一下就算。

　　把石墨烯應用在集成電路上，是IBM在2010年的一項創舉，但至今沒有走出過實驗室。

　　前文我們說過，石墨烯的發現跟電磁是有莫大關系的，因此用于制備集成電路也算得上符合常識。此前美國高斯就申請了制備“具有石墨烯屏蔽效應的3D集成電路”的專利，并宣稱“石墨烯層作為3D集成電路相鄰層級或者相鄰層之間的電磁干擾屏蔽體，可減少在層級之間的串擾，同時向周圍傳遞熱量”。

　　比表面積大、熱導率高（5300W/mK），這些特性可以讓石墨烯二維材料成為新的高性能導熱材料。

　　但是，石墨烯導熱膜是不是高性能版的石墨導熱膜呢？目前還不好說，所以這個領域我們可以先打個問號。

　　新加坡南洋理工大學的一個項目組宣稱研發出一種基于石墨烯的感光元件，感光能力比傳統CMOS強1000倍，耗能是傳統CMOS的10%。

　　看完文章我很感動，并寫下“開口就百倍千倍的石墨烯新聞，一律按謠言處理”這行字。

　　用石墨烯薄片做濾網，過濾掉鈉離子和鋁離子。

　　道理我都懂，就是聽起來有點扯淡。

　　這個項目是南開大學整出來的，說是可以用石墨烯造太陽帆，“約50平方米的石墨烯帆能讓5千克的酬載物在20分鐘加速到第一宇宙速度”。

　　第一宇宙速度是多少來著？7.9千米/秒！

　　依然“一律按謠言處理”……

　　不是能不能買的問題，是你現在根本買不到。因為石墨烯電池根本不應該被叫做石墨烯電池。

　　首先，筆者想斗膽下一個定義：石墨烯電池算不上騙局，但絕對沒有石墨烯電池研發企業和車企宣傳得那么逆天。

　　石墨烯作為一種添加劑加入到電極當中，可以提升電池充電速度，但這只是一種輔助元素，電化學命名法可不允許將其命名為“石墨烯電池”。

　　清華能源互聯網研究員劉冠偉表示：在移動終端中使用的鈷酸鋰電池中加入石墨烯元素，令其快充性能增強，那么我們可以將這款電池命名為“鈷酸鋰-石墨電池”，絕對不是“石墨烯電池”。

　　筆者打個比方吧：我煲了一大鍋海鮮粥，有梭子蟹、九節蝦、花甲、瑤柱、蟶子王，煲好之后撒了一把鹽，我就可以把它命名為“鹽巴粥”了嗎？這讓努力鍛煉了幾年終于讓自己變得好吃的蝦蟹們怎么想？這把自私自利的鹽巴對得起海鮮家族長年的奮斗嗎？

　　石墨烯只能作為導電添加劑，是鹽巴；不是電池的主體活性材料，不是蝦蟹。

　　劉研究員還表示，即使是作為添加劑來加入，當前技術條件下也很難實現量產化，存在頗多質疑。

　　我們做新能源媒體的經常能見到那種宣稱容量增大3倍、續航1000km往上、3分鐘充滿的石墨烯電池純電動汽車新聞報道，有一個算一個，全部都是騙人的。石墨烯是快充走向的技術，怎么突然又能增高能量密度了？！

　　有些初創企業把石墨烯電池的能量密度標到600Wh/kg去了……小老弟，吹牛也要打草稿的呀。

　　說3分鐘能充滿的新聞已經夠多了，3分鐘可是20C充電倍率啊，發熱量是1C充電的400倍，你是想充電還是引爆車載動力電池呢？

　　這么能吹你怎么不去競選岡比亞總統？（聲稱可以24小時占領中國、3天推平蘇聯的那位……）送你一張岡比亞地圖表達一下鄙視。

　　比如下圖這種12V鉛酸電池，就是每臺車都有的那種電瓶而已，一上來就說自己用了三大核心材料：

　　1、復合稀土合金：這跟電池壽命有毛線關系呢？跟南孚聚能環比玄學？

　　2、穩定碳纖維：碳纖維憑什么可以提升循環壽命？加個“穩定”干嘛？碳纖維有這么活潑，跟水反應還是跟氧反應？

　　3、石墨烯：更強動力=輸出功率更大，石墨烯不能增大功率的呀，充電跟放電是相反的反應，你說反了好不好。

　　綜上，全都是胡謅。

　　電動兩輪車巨頭雅迪，最近也玩起了石墨烯營銷，只不過……有雅迪車主反饋，全網搜到的“雅迪石墨烯”信息，全都是軟文通告，連標點符號都不帶改的，交流社區找不到一個活人，全是營銷號在吹牛。

　　使用體驗嘛，就是跟普通的鉛酸電池沒有區別……

　　基于以上論述，石墨烯二維材料的確有可能讓電池實現超級快充，從充電層面解決續航焦慮問題；石墨烯沒能力提升能量密度，那些跟你說它家石墨烯電池汽車“進入月充時代”的一切按騙子處理；當前若有車企跟你說他家的石墨烯電池老牛了，暫時別信，一來加入石墨烯添加劑的電池不應該叫“石墨烯電池”，二來這玩意前期必然很貴，做第一個吃螃蟹的往往拉胯。

　　讓子彈先飛一會兒。

　　2015年11月底，工信部、發改委、科技部聯合印發《關于加快石墨烯產業創新發展的若干意見》，《意見》認為石墨烯在光、電、熱、力等方面具有優異性能，但生產技術成熟度不高、產業化應用路徑長，《意見》還確認了2020年形成若干家具有核心競爭力的石墨烯企業之戰略。

　　可見，國家是支持石墨烯產業的，但并不支持各種投機分子拿著“石墨烯”概念去套民脂民膏。

　　當前石墨烯制備價格過貴，我們必須增大產業規模，才能降低其單價。

　　目前石墨烯制備技術主要分為以下幾種方式：

　　1、CVD化學氣相沉積法：當前最主流的方式，尺寸可以做到將近20英寸，具備大規模生產的可能性，但生產出來的一半都是多晶的，而且工藝路線復雜、成本高、良品率低。

　　2、SiC表面外延生長法：加熱單晶碳化硅脫除硅，在單晶面上分解出石墨烯片層，尺寸較大，但設備成本和原料成本太高了。

　　3、機械剝離法：撕膠帶法的進化版本，成本非常低，成效非常差，基本只能得到一些小片的成品，其余全是殘渣。

　　4、氧化減薄石墨片法：使用強氧化劑在石墨的層狀結構中間進行插層氧化，成本不高，但成品質量很渣。

　　5、金屬表面生長法：在釕的表面“種”出石墨烯，不過石墨烯轉移就很麻煩了。

　　有一說一，石墨烯作為二維材料（下圖為二維材料家族）大規模運用的開端是不錯的，但在未能量產化的階段熱炒，那便是吃人的資本干的壞事了。

　　二維材料的未來必然是光明的，只不過材料學這種“天坑專業”，畢業之后不好找下家，找到了對口專業還得在郊區荒野中熬最黃金的年齡段，高校招生時候能否招到大神得看緣分。

　　嗐……

（圖/文/攝：太平洋汽車網 黃恒樂）