浙江大學(xué)研究團(tuán)隊(duì)近日研發(fā)出一款新型“鋁—石墨烯”超級電池，展現(xiàn)出秒充、長壽、耐熱、抗凍的美好前景，引起網(wǎng)絡(luò)和業(yè)界關(guān)注。這種超級電池真有那么神嗎？進(jìn)入我們?nèi)粘Ｉ钸€有多遠(yuǎn)？

“超級電池”性能優(yōu)異

浙江大學(xué)高分子科學(xué)與工程學(xué)系的高超團(tuán)隊(duì)，近期研制出一款新型“鋁—石墨烯”電池，正極是石墨烯薄膜，負(fù)極是金屬鋁，短短幾秒便可充電完成。

在“比容量”和“倍率”等評判電池性能的關(guān)鍵指標(biāo)上，這種“超級電池”展示出優(yōu)異性能。循環(huán)充放電２５萬次后依然電力十足；可以在—４０℃到１２０℃的環(huán)境中工作，可謂既耐高溫，又抗嚴(yán)寒，電芯暴露于火焰中時(shí)也不會(huì)起火或爆炸；即使彎折一萬次后，容量也能夠完全保持。

“石墨烯能夠提高鋁離子電池的瞬間輸出功率，極限環(huán)境下也能使用，將來可以與鋰電池或其他技術(shù)互補(bǔ)聯(lián)用，解決電動(dòng)車低溫啟動(dòng)和高溫運(yùn)行安全等問題。”浙江大學(xué)高分子科學(xué)與工程系教授高超說。

除浙江大學(xué)外，國內(nèi)外的多家實(shí)驗(yàn)室都在探索用石墨烯材料提升電池性能，包括美國斯坦福大學(xué)、中科院寧波材料所都曾用石墨烯材料代替電池的核心材料，制備出令人矚目的“超級電池”。

產(chǎn)業(yè)化仍存多重挑戰(zhàn)

雖然我國石墨烯產(chǎn)業(yè)發(fā)展態(tài)勢較好，原料制備問題正在陸續(xù)解決，下游應(yīng)用正在開啟，但實(shí)驗(yàn)室里的“超級電池”要走進(jìn)千家萬戶，產(chǎn)業(yè)化之路仍然漫長。

“實(shí)驗(yàn)室中實(shí)現(xiàn)優(yōu)異性能，還不代表就能夠產(chǎn)業(yè)化；一般情況，從實(shí)驗(yàn)室研究到產(chǎn)業(yè)化需要少則數(shù)年，多則幾十年的時(shí)間。”中科院寧波材料所動(dòng)力鋰電池工程實(shí)驗(yàn)室主任劉兆平說。

劉兆平認(rèn)為，鋁—石墨烯超級電池的電極液匹配性，是目前面臨的主要技術(shù)瓶頸；另外，這種“超級電池”能量密度偏低，這意味著它還不宜單獨(dú)作為電動(dòng)車的電源使用。

高超也認(rèn)為，“超級電池”的目標(biāo)是兼具高能量密度和高功率密度，科學(xué)上已可以實(shí)現(xiàn)。不過，目前的鋁—石墨烯電池，其輸出電壓、正極材料的比容量（編注：比容量是單位質(zhì)量或單位體積的電池或活性物質(zhì)所能放出的電量），以及電池極片活性物質(zhì)的單位面積負(fù)載量等指標(biāo)，還有較大的提升空間，“其能量密度也不足以與鋰離子電池相匹敵，今后還需在保持高功率密度的基礎(chǔ)上進(jìn)一步提高能量密度。目前經(jīng)典的離子液體電解質(zhì)價(jià)格較貴，如果可以找到更廉價(jià)的電解質(zhì)，商業(yè)前景將更寬廣。”

目前的鋁—石墨烯電池在實(shí)驗(yàn)室中性能優(yōu)異，但多項(xiàng)指標(biāo)還有較大的提升空間。（圖片來自網(wǎng)絡(luò)，微信“@浙大科學(xué)+++”）

高超表示，實(shí)驗(yàn)室科學(xué)研究的主要任務(wù)是推進(jìn)認(rèn)知的極限，而要解決存在的技術(shù)問題和工程問題，需要在資金及人力上加大投入，才能推進(jìn)產(chǎn)業(yè)化。

市場上的“石墨烯電池”多是“噱頭”

被稱為“新材料之王”的石墨烯，盡管在資本市場上被炒得火熱，但研究和應(yīng)用方面實(shí)際上才剛剛起步。

在電子消費(fèi)領(lǐng)域，不少廠商都把充電時(shí)間和電池容量作為追逐目標(biāo)，如今鋰電池是電子產(chǎn)品的“標(biāo)配”，卻在安全性、續(xù)航能力、充電速度上存在較大短板。因此，作為目前發(fā)現(xiàn)的最薄、強(qiáng)度最大、導(dǎo)電導(dǎo)熱性能最強(qiáng)的一種新型納米材料，石墨烯被寄予諸多期待。

石墨烯在研究和應(yīng)用方面實(shí)際上才剛剛起步。（圖片來自網(wǎng)絡(luò)）

然而，梳理對比研究機(jī)構(gòu)的最新突破和市場最新產(chǎn)品，不難發(fā)現(xiàn)，許多廠商推出的“石墨烯電池”多是打著“石墨烯”招牌進(jìn)行營銷，而非真正的技術(shù)突破。這些產(chǎn)品中，石墨烯主要作為導(dǎo)電添加劑替代炭黑，作用僅是提升導(dǎo)電性能。

“石墨烯若是作為導(dǎo)電劑存在，意味著電池沒有變革性進(jìn)步，只能算是一點(diǎn)改良。所謂石墨烯電池應(yīng)該是石墨烯材料和硅等新一代材料進(jìn)行復(fù)合，作為電池中核心的、不可替代的成分，這樣的‘石墨烯電池’才是未來的方向。”劉兆平說。