剛剛過完冬至，口袋里的手機又到了“凍不凍”就黑屏關機的時刻。除了在低溫、高溫條件下電池效能不穩定，在使用一兩年后，電池的續航能力也大打折扣。不過在不久的將來，這些問題也許都將被解決。

近日，浙江大學高分子科學與工程學系高超團隊研制出的新型鋁-石墨烯電池。這種電池是柔性的，將它彎折一萬次后，容量完全保持。它可以在零下40攝氏度到120攝氏度的環境中工作，可謂既耐高溫，又抗嚴寒。在零下30攝氏度的環境中，這種新型電池能實現1000次充放電性能不減，而在100攝氏度的環境中，它能實現4.5萬次穩定循環，哪怕電芯暴露于火焰中時也不會起火或爆炸。更讓人欣慰的是，這款超級電池號稱充電速度超快，據實驗數據顯示，充滿電只需要1.1秒。“未來如果用到手機上，充電5秒鐘通話2小時是完全可能的。”

一片片泛著金屬光澤的深灰色薄膜，就是團隊最新研發的石墨烯—鋁電池。它的正極是石墨烯薄膜，負極是金屬鋁。相比于鋰電池，高超課題組研發的鋁-石墨烯電池展現出明顯優勢：一般電池隨著反復充放電，比電容量會不斷降低，這就是俗話說的“不耐用”。

但這塊長相“毫不起眼”的鋁-石墨烯電池在這一點上則表現優異。如果把一次充電—放電作為一次循環，這種電池經歷25萬次循環，比電容量仍高達91%，幾乎沒有損失。如果智能手機用上這種電池，每天哪怕充電10次，也能用上近70年。

鋁離子電池是一種優秀的新型電池，其實用化的關鍵是找到合適的正極材料。浙大高分子系高超教授課題組選擇石墨烯這一神奇材料，以創新工藝制備成獨特的石墨烯膜作為正極材料，大大提升了鋁離子電池的整體性能，與現在主流的鋰電池和超級電容器相抗衡的遠景十分看好。12月15日，相關論文發表于國際著名期刊《科學進展》。

“這種鋁—石墨烯超級電池，倍率性能和循環壽命遠遠超過其他電池，比超級電容器具有更高的能量密度，相當的倍率性能和循環壽命。”高超說。

2015年，斯坦福大學的戴宏杰課題組在Nature雜志發表工作，采用高溫裂解石墨泡沫來制作正極，首次實現了比容量較高且可長循環的鋁離子電池。高超課題組受此啟發，嘗試用石墨烯膜來制作鋁電池的電極。經過一年半摸索和積累，高超團隊提出了石墨烯正極材料的“三高三連續”設計原則。

研發團隊表示，“電池的性能，關鍵取決于電子和離子在正極和負極之間‘奔跑’的狀態。”該石墨烯電池正極材料采用“三高三連續”設計原則，擁有連續孔道，就像四通八達的高速公路，讓盡可能多的電子和離子暢通地奔跑，或者快速‘歸位’。

“三高”指微觀結構的高質量、高取向、高孔道率；“三連續”指宏觀結構上有連續的導電網絡、連續的離子傳輸通道和連續的離子嵌層通道。

高超課題組的新型電池給我們展示了美好的前景：比如，手機充電數秒就完成，在極寒和高溫環境中能自如工作，不用擔心電池爆炸，不用擔心電池老化。但是，高超說，這離真正商業化還有很大的挑戰，需要更多科學家的努力和投入才能實現。

高超說，目前的正極比容量、輸出電壓及面負載量還有較大的提升空間，能量密度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上進一步提高能量密度。此外，目前經典的離子液體電解質價格較貴，如果可以找到更廉價的電解質，鋁離子電池的商業前景將更寬廣。