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導讀： 其實(shí)石墨烯電池與超級電容器的技術(shù)之爭由來(lái)已久。同是熱門(mén)的前沿技術(shù)，同樣備受關(guān)注被放在一起作對比在所難免。但這兩項技術(shù)的缺點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)一樣明顯，而且現在很多相關(guān)的研究仍停留在實(shí)驗室階段，很容易讓人產(chǎn)生這是“未來(lái)的泡沫”的虛幻感。我們只能期盼有更多的實(shí)際運用。

一、石墨烯電池：奇跡還是虛幻？

  大凡稍微關(guān)注新科技的人都會(huì )知道“石墨烯”是何物，也會(huì )知道這種材料被賦予了多高的期望。

  而自打索尼公司1991年發(fā)明鋰離子電池至今，鋰電池技術(shù)幾乎就像一條平直的線(xiàn)，波瀾有之，幅度不足。這個(gè)瓶頸梗在這里已近15年，視摩爾定律如無(wú)物，無(wú)半分松動(dòng)的意思。

  然后在2004年的一天，石墨烯誕生，并助兩位科學(xué)家獲得諾貝爾獎。在接下來(lái)的日子里，各種炒作鋪天蓋地，其中最吸引人的莫過(guò)于“石墨烯電池”的概念。

  石墨烯電池是指在利用鋰離子在石墨烯表面和電極之間快速大量穿梭運動(dòng)的特性，開(kāi)發(fā)出的一種新型的電池。那這種電池到底是帶來(lái)新時(shí)代的奇跡，還是曇花一現的虛幻呢？

  “萬(wàn)能材料”要破解續航焦慮

  石墨烯被稱(chēng)為“萬(wàn)能材料”，在各大科技領(lǐng)域都具有不可小覷的潛力。那在日益“煩躁”的電池界，石墨烯電池是怎么埋下希望種子的呢？

  首先我們來(lái)了解一下石墨烯電池的魔力。石墨烯電池的能量密度高達600Wh/kg，這是前陣子鬧得紛紛揚揚的比亞迪磷酸鐵錳鋰電池（未證實(shí)）能量密度的4倍。換句話(huà)說(shuō)，一輛電動(dòng)汽車(chē)如果想達到設定的動(dòng)力蓄電池組總能量，配備石墨烯電池的重量只需普通動(dòng)力電池的八分之一即可（石墨烯電池本身的重量?jì)H為傳統電池的一半），這樣可以減少車(chē)身的重量，抑或是增加電池重量，藉此達到擺脫“續航焦慮”的目的。

  除了能量密度這個(gè)最大的優(yōu)勢，石墨烯電池還有其它“殺手锏”。它的使用壽命是普通鋰電池的兩倍，制造成本則比之降低了77%。

  而真正讓這種魔性電池成為國際焦點(diǎn)的則是特斯拉汽車(chē)公司。去年年末，特斯拉發(fā)布了兩年前停產(chǎn)的第一代車(chē)型Roadster的升級版，其續航里程高達644公里，原版Roadster的續航里程僅為393公里），消息一出，滿(mǎn)座皆驚。

  巨大進(jìn)步背后必有重大改變。特斯拉升級版Roadster的超長(cháng)續航引起了人們強烈的好奇，人們紛紛猜測是不是采用了高能量密度的石墨烯電池？但特斯拉官方對外之宣稱(chēng)升級版Roadster采用了改進(jìn)的鋰電池，關(guān)于“石墨烯電池”的話(huà)題三緘其口。

“充電5分鐘跑1000公里”只是假新聞？

  另一個(gè)讓石墨烯電池備受關(guān)注的是西班牙Graphenano公司。該公司同西班牙科爾瓦多大學(xué)合作研究出世界首例石墨烯聚合材料電池，并通過(guò)實(shí)驗對外宣稱(chēng)使用石墨烯電池作為動(dòng)力的電動(dòng)汽車(chē)最多能行駛1000公里，而其充電時(shí)間連8分鐘都不用！

  這個(gè)消息當時(shí)震驚了全球的電動(dòng)汽車(chē)行業(yè)，如此彪悍的性能，難道世界要翻開(kāi)新的篇章了嗎？冷靜下來(lái)想想，充電不到8分鐘即可充滿(mǎn)，那需要多強的電流呢？我們以日產(chǎn)聆風(fēng)做例子來(lái)計算一下，1度電大約能跑5公里，換算成1000公里則需耗電20kWh，以8分鐘充滿(mǎn)計算，即每小時(shí)需充電150kWh，這相當于電池在高壓情況（500V）下需要300A的電流。能夠承受300A電流的電線(xiàn)，想想都覺(jué)得瘆的慌。

  西方媒體曾報道稱(chēng)，這款“超級電池”將于2015年第一季度生產(chǎn)上市使用，但如今第二季度已結束，我們仍未看到此“神物”的出現。結合國內專(zhuān)家普遍的觀(guān)點(diǎn)：西班牙的“超級電池”只是一條假新聞。而目前推出的石墨烯電池說(shuō)來(lái)有點(diǎn)心酸，石墨烯在鋰電池的應用只有百分之零點(diǎn)幾的添加劑，沒(méi)有一家企業(yè)能真正有產(chǎn)品推出來(lái)。

  二、寄望石墨烯還不如期待“超級電容器”

  超級電容器比超級電池靠譜多了？

  什么是超級電容呢？超級電容是一種儲能用的電化學(xué)元件，與傳統電容器有異，與電池更是相去甚遠。它又叫雙電層電容器，具有許多優(yōu)點(diǎn)：功率密度高、充放電時(shí)間短、循環(huán)壽命長(cháng)、工作溫度范圍寬、充放電線(xiàn)路簡(jiǎn)單、安全可靠等。

  下面我們來(lái)仔細看看它和鋰電池之間的差別。

  （1）功率密度高，可達300W/kg~5000W/kg，這相當于鋰電池的2~30倍；

  （2）充放電時(shí)間短，充電10秒～10分鐘可達到其額定容量的95%以上；

  （2）循環(huán)使用壽命長(cháng)，深度充放電可循環(huán)使用次數超過(guò)50萬(wàn)次，這是普通鋰電池的500倍，即如果對超級電容每天充放電20次，仍可連續使用68年。究其原因，其在儲能的過(guò)程中不發(fā)生化學(xué)反應，儲能過(guò)程是可逆的，所以超級電容器可以反復充放電數十萬(wàn)次；

  （4）工作溫度范圍寬，超低溫特性好，溫度范圍寬-40℃～+70℃，這是“嬌生慣養”的鋰電池無(wú)法適應的；

  （5）充放電線(xiàn)路簡(jiǎn)單，無(wú)需充電電池那樣的充電電路；

  （6）安全系數高，長(cháng)期使用免維護，不會(huì )出現爆炸和著(zhù)火等問(wèn)題。

  這樣的優(yōu)點(diǎn)比之石墨烯超級電池也是不遑多讓?zhuān)夷壳耙延谐夒娙莨卉?chē)亮過(guò)相，自是比后者又多了一層現實(shí)的質(zhì)感。在新能源汽車(chē)界，人們對超級電容器抱以極大的期待。

  缺點(diǎn)無(wú)法忽視 但現實(shí)讓人振奮

  說(shuō)了這么多，全是超級電容器的優(yōu)點(diǎn)。但好比一個(gè)硬幣有兩面，超級電容器也有著(zhù)無(wú)法忽視的缺點(diǎn)。

  超級電容器的安裝位置有講究，不合理的話(huà)很容易引起電解質(zhì)泄露等問(wèn)題，破壞電容器的結構性能；雖說(shuō)超級電容器的充放電電路簡(jiǎn)單，但僅限于直流電路的使用，其內阻比較大，不適合交流電路的運行要求；然后由于超級電容器是新一代高科技產(chǎn)品，價(jià)格相對較高，充電一次只夠電動(dòng)汽車(chē)行駛幾公里，每千瓦時(shí)的蓄能產(chǎn)品價(jià)格卻是電池的近10倍，實(shí)際運行的成本投入會(huì )很大。這幾個(gè)問(wèn)題是超級電容器在電動(dòng)汽車(chē)應用上難以大量推廣、單獨使用的瓶頸。

你能想象出一輛公交車(chē)跑一個(gè)站然后就要充電一次的情形嗎？這種情況下，我們需要在公交車(chē)沿線(xiàn)設立許多充電裝置（幸好超級電容充電快，乘客上下車(chē)時(shí)間就可以把電充好）。

  在2010年的上海世博會(huì )也進(jìn)行了試驗運行。湖南長(cháng)沙的中上汽車(chē)在超級電容開(kāi)發(fā)上已經(jīng)達到新的高度，目前作為示范應用的容量能達到15萬(wàn)法拉，這種超級電容的公共車(chē)輛一次最長(cháng)可以行駛20公里左右，充電時(shí)間僅需3分鐘左右就可充好。

  在第六屆國際電池工業(yè)展覽會(huì )上，上海奧威科技開(kāi)發(fā)有限公司也展示了一款新型超級電容，能量密度較普通超級電容提高了50%以上，而在功率上略有降低，更適合搭載在公交車(chē)上，使原本需要頻繁充電的超級電容公交車(chē)可以一次性跑20公里。

  這樣看來(lái)，超級電容器比石墨烯電池更像“續航焦慮”的破局者。

  三、市場(chǎng)分析與展望

  目前，超級電容器已經(jīng)作為儲能部件被應用，其使用效果顯著(zhù)，但主要發(fā)揮的還是配角作用。因為在短期內，超級電容器有其局限性，除電動(dòng)公交外，它還不能作為普遍、獨立的車(chē)用儲能電源。

  在今年5月份財政部等多部委正式發(fā)布的《關(guān)于完善城市公交車(chē)成品油價(jià)格補助政策加快新能源汽車(chē)推廣應用的通知》規定可獲悉，10米以上鋰電公交車(chē)每輛每年最多補8萬(wàn)元，而同樣的超級電容公交車(chē)每輛每年僅補助2萬(wàn)元，以每輛車(chē)運營(yíng)8年計算，一輛車(chē)就有48萬(wàn)元的補貼差距。國家似乎一直都認為超級電容器的研發(fā)是“另類(lèi)的”。但超級電容車(chē)只是剛剛起步，一切自有市場(chǎng)的選擇做決定，國家補助倒是其次的。

  與超級電容不一樣，石墨烯獲得了國家極大的重視，也有很多機構在研究這種“二維材料”。但這些研究顯然是零散的，國家需要做的就是將它們全部劃分然后整合。這樣，“2015年量產(chǎn)石墨烯”倒成了期待，這對于超級電池也是一個(gè)好消息，我們且期待2015剩余的半年。

  寫(xiě)在最后

  其實(shí)石墨烯電池與超級電容器的技術(shù)之爭由來(lái)已久。同是熱門(mén)的前沿技術(shù)，同樣備受關(guān)注被放在一起作對比在所難免。但這兩項技術(shù)的缺點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)一樣明顯，而且現在很多相關(guān)的研究仍停留在實(shí)驗室階段，很容易讓人產(chǎn)生這是“未來(lái)的泡沫”的虛幻感。我們只能期盼有更多的實(shí)際運用，比如特斯拉升級版Roadster的電池。