石墨烯电池——明日的特斯拉汽车？

　　石墨烯电池是一种新型的由石墨烯，碳原子在一个蜂窝图案薄片的电池。谣言是特斯拉正在研究一种汽车石墨烯电池，它可以比普通电池快五倍。

　　随着电动汽车获得越来越多的市场份额，新电池技术正在实施中，以提高其范围和效率。石墨烯电池是可应用于电动车辆的新技术之一。

　　电动车最大的问题之一是电动车使用的电池大而重。这些电池需要很长时间才能充电并且耗尽能源，而且速度很快。为了解决这个问题，许多人都在寻找石墨烯电池作为解决方案。就在去年，萨塞克斯大学的一名学生工程师设计了一种新型石墨烯电池，有可能彻底改变电动汽车的景观。石墨烯电池可以通过许多不同的方式来改善当前的电池技术，例如提供延长的电池寿命和性能。

　　什么是石墨烯？

　　由于石墨烯的结构，石墨烯电池可以提供比传统电池更高的性能。石墨烯由紧密结合在一起的碳原子构成蜂窝状结构。石墨烯结构非常薄，基本上是二维的。

　　石墨烯是热能和电能的良好导体。石墨烯也是化学惰性的，具有大的表面积但仍然是柔性的，并且非常轻。石墨烯通常被认为是可持续的和环境友好的，具有许多不同的可能应用。

　　石墨烯的六角形薄结构

　　电子通常具有与它们相关的小有效质量，只要它们穿过固体结构，这限制了它们的运动。这是他们与周围所有其他粒子相互作用的结果。由于片状石墨烯是二维的，因此它不会与其他粒子发生这些相互作用，所以石墨烯中的电子就好像没有质量一样起作用。他们可以在太空中快速移动，几乎以光速移动。

　　这种独特的行为使得石墨烯具有如此卓越的导电性，能够比铜导电近35％。通过石墨烯进行的电子传输也比通过硅片好1000倍，这有助于为什么基于石墨烯晶体管的计算机具有比当前硅基计算机快数千倍的潜力。这也是为什么石墨烯始终保持最小电导率的原因。

　　石墨烯的电池应用

　　在电池应用方面，与石墨烯结合使用时，普通电池的性能可显着提高。石墨烯电池非常适合更短的充电时间和高容量的能量存储。电池材料或电池电极中的碳量与电池的寿命呈负相关，但石墨烯可提高导电率，而不需要普通电池中使用相同量的碳。

　　石墨烯可以改善电池的各个方面，如能量密度和结构。传统的锂离子电池可以通过将石墨烯与电池组合来改进。电池的阳极可以添加石墨烯，通过利用材料的导电性可以优化电池的性能。

　　混合材料也可以增强电池。石墨烯和氧化钒可以结合在一起，为锂离子阴极提供快速充电和放电能力。混合材料还可以提高充电循环的耐久性和导电性。氧化钒具有较差的导电性，但是通过使用石墨烯作为氧化物可以附着的骨架，它创建了一种兼具优异的容量和导电性的混合物。

　　锂离子充电电池也可以用石墨烯进行改进。磷酸铁锂（LFP）电池具有比其他锂离子电池更高的整体功率密度，但它们的能量密度也更低。石墨烯可用于增强LFP阴极，使电池重量更轻，储存容量更大，充电速度比普通磷酸铁锂电池快得多。

　　石墨烯电池和超级电容器的结合使用可以大大提高电动汽车的效率和续驶里程，电动汽车公司已经投资开发汽车用石墨烯电池。

　　电动汽车中的石墨烯电池

　　石墨烯电池的新进展已经导致电池的创造超过了目前使用的任何锂离子电池的性能。西班牙电池公司Graphenano去年推出了一种石墨烯聚合物电池，一次充电可以使电动汽车行驶800公里或497英里。理论上电池也可以在几分钟内充电。由于其石墨烯结构，电池的充电和放电能力比普通锂离子电池快大约33倍。

　　由HenrikFisker经营的Fisker公司，也许是特斯拉电动车成功的最大竞争对手，最初计划在其新电动车FiskerEMotion中使用石墨烯电池。然而，该计划后来因锂离子电池而下降。尽管决定将用于电动车辆的石墨烯电池作为替代品，但Fisker表示，该公司对固态石墨烯电池组电池的研究将继续进行。

　　如果菲斯克决定在他们的车辆中使用石墨烯电池，他们可能是第一家这样做的公司。也就是说，它不像特斯拉坐在场边，而其他公司则追求电动车技术的进步。如果石墨烯电池成为一项变革性技术，特斯拉将会在某种程度上追求其使用的可能性。

　　与此同时，对石墨烯电池的研究仍在继续，正如可以利用石墨烯的超级电容器所做的工作一样，并且可能会使传统电池在不久的将来被淘汰。超级电容器由三层组成。它具有两层石墨烯，而中间层是一层电解质。超级电容器薄膜非常薄而且非常牢固稳定，并且可以在很短的时间内释放出大量的能量，这对于电动车辆需要额外的能量来快速提高加速度是必须的。