英国研发可折叠石墨烯电池装置 充电5千次仍有97.8%的电容

外媒报道称，日前刊登在英国《自然·能源》杂志上的一项研究成果显示，科学家利用此前的发现创造出了一种能够存储能量的新型石墨烯折叠装置。

事实证明，超薄的石墨烯具有柔韧性，是良好的热和电导体，比纸更轻，却比钢坚硬200倍。

报道称，在第一阶段的研究和分类之后，围绕石墨烯的研究开始停滞不前。石墨烯的实际使用也举步维艰，这在很大程度上是因为其令人着迷的主要特性之一—超强硬度也使其很难加工。

不过，近几年石墨烯再次成为焦点。2018年，美国麻省理工学院的西班牙科学家巴勃罗·哈里略-埃雷罗团队发现，当两层石墨烯以一个“神奇角度”缠扭在一起时，就会表现出非常规的超导电性。

报道称，由此，一条全新的研究路线被打开了。如今，英国伦敦大学学院的科学家利用此前的发现创造出一种能够存储能量的新型石墨烯折叠装置。这种超级电容器最多可以180度对折而不损失性能，并且在经过5000次充电后仍可保持97.8%的电容。

这种超级电容器的尺寸为6厘米，由两个电极组成，中间的胶片被用作传递电荷的介质。研究人员已经利用这种装置成功点亮了数十个LED灯。新成果解决了电池制造中反复出现的问题：难以在小空间中存储大能量。

研究人员指出：“我们采用了能使我们的超级电容器在具有高功率密度的同时又具有高能量密度的材料。通常情况下，只具备其中一个特征是可以实现的，但同时具备两个特征无疑是一个重大进展。”

电池为众多设备所依赖，其发展却并不乐观，体积、重量、寿命让大多数产品不得不作出取舍--牺牲便携性换取更强大的能源支持或者牺牲续航换取轻量化。而石墨烯具有优异的光学、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方面具有重要的应用前景，被认为是一种未来革命性的材料。可折叠石墨烯电池实现了具有高功率密度的同时又具有高能量密度，将带来储能产业的重大突破。

石墨烯电池

狭义上来说，石墨烯是碳原子以sp2杂化轨道呈蜂巢晶格排列构成的单层二维晶体，广义上来说，10层以内的石墨结构也可称作石墨烯。这种材料是目前已知的世界上最薄的材料，单层厚度仅有0.34nm。

它不仅是世界上最坚硬、导热系数最高的材料，也世界上电阻最小的材料，它在常温下电子迁移率超过15000cm2/V·s，是理想的电池材料。

目前石墨烯电池技术有两个大方向，一个是作为阳极镶嵌锂离子，另一种是作为导电剂存在。作为电极材料可以算是传统锂电池的改良版。传统锂电池一直采用多层石墨作为镶嵌结构。如果将石墨分成单层结构（石墨烯），石墨烯作为阳极的锂电池的理论容量将是传统锂电池容量的两倍以上（>744mAh·g-1）。

石墨烯对锂电池的重要性还不仅如此，石墨烯作为目前导热率最高的材料，如果使用石墨烯对锂电池进行散热，锂电池的快充速度能再次提升一个台阶。之前在2015年的第56届日本电池大会上，华为就拿出了使用石墨烯为锂电池散热的技术，展示了5分钟即可充满3000mAh电池48%电量的快充技术成果。

▲华为石墨烯电池技术图片来自：华为官网

如果将石墨烯散热与石墨烯作为电池正极的技术相结合，锂电池的容量和充电速度将同时获得提升。

2017年，三星就宣布开发出了采用石墨烯技术的电池。在三星的演示中，这块采用石墨烯技术的手机电池容量提升了45%，同时还可以做到12分钟内充满电，强大的电池性能，让人看到了石墨烯电池在电子产品上的潜力。

电动车续航体验的拯救者

期待石墨烯电池的不仅是手机厂商，还有被续航里程困扰的新能源车企，即使是采用三元锂电池的特斯拉，也无法做到与燃油车媲美的使用体验，但石墨烯可以改变这种尴尬的局面。2014年一家名为Graphenano的西班牙石墨烯创业公司与科尔瓦多大学合作研究出全球首个石墨烯聚合材料电池，用此电池提供电力的电动车最多能行驶1000公里，而其充电时间不到8分钟，可见石墨烯对电池容量和充电速度提升有多大。

如果未来电动车都使用10分钟就能充满电的石墨烯电池，电动车续航难题将不复存在，快充电站将代替加油站。如果车主下车上个厕所就能充满电，那么电动车将和燃油车一样方便。