石墨烯電池——明日的特斯拉汽車？

　　石墨烯電池是一種新型的由石墨烯，碳原子在一個蜂窩圖案薄片的電池。謠言是特斯拉正在研究一種汽車石墨烯電池，它可以比一般電池快五倍。

　　隨著電動車獲得越來越多的市場份額，新電池技術正在實行中，以提高其范圍和效率。石墨烯電池是可使用于電動車輛的新技術之一。

　　電動車最大的問題之一是電動車使用的電池大而重。這些電池需要很長時間才能充電并且耗盡能源，而且速度很快。為知道決這個問題，許多人都在尋找石墨烯電池作為處理方案。就在去年，薩塞克斯大學的一名學生工程師設計了一種新型石墨烯電池，有可能徹底改變電動車的景觀。石墨烯電池可以通過許多不同的方式來改善當前的電池技術，例如提供延長的電池壽命和性能。

　　什么是石墨烯？

　　由于石墨烯的結構，石墨烯電池可以提供比傳統電池更高的性能。石墨烯由緊密結合在一起的碳原子構成蜂窩狀結構。石墨烯結構非常薄，基本上是二維的。

　　石墨烯是熱能和電能的良好導體。石墨烯也是化學惰性的，具有大的表面積但依然是柔性的，并且非常輕。石墨烯通常被認為是可繼續的和環境友好的，具有許多不同的可能使用。

　　石墨烯的六角形薄結構

　　電子通常具有與它們相關的小有效質量，只要它們穿過固體結構，這限制了它們的運動。這是他們與周圍所有其他粒子相互作用的結果。由于片狀石墨烯是二維的，因此它不會與其他粒子發生這些相互作用，所以石墨烯中的電子就猶如沒有質量一樣起作用。他們可以在太空中快速移動，幾乎以光速移動。

　　這種神奇的行為使得石墨烯具有如此卓越的導電性，能夠比銅導電近35％。通過石墨烯進行的電子傳輸也比通過硅片好1000倍，這有助于為什么基于石墨烯晶體管的計算機具有比當前硅基計算機快數千倍的潛力。這也是為什么石墨烯始終保持最小電導率的原由。

　　石墨烯的電池使用

　　在電池使用方面，與石墨烯結合使用時，一般電池的性能可顯著提高。石墨烯電池非常適合更短的充電時間和高容量的能量存儲。電池材料或電池電極中的碳量與電池的壽命呈負相關，但石墨烯可提高導電率，而不需要一般電池中使用相同量的碳。

　　石墨烯可以改善電池的各個方面，如能量密度和結構。傳統的鋰電池可以通過將石墨烯與電池包合來改進。電池的陽極可以添加石墨烯，通過利用材料的導電性可以優化電池的性能。

　　混合材料也可以加強電池。石墨烯和氧化釩可以結合在一起，為鋰離子陰極提供快速充電和放電能力。混合材料還可以提高充電循環的耐久性和導電性。氧化釩具有較差的導電性，但是通過使用石墨烯作為氧化物可以附著的骨架，它創建了一種兼具優異的容量和導電性的混合物。

　　鋰離子充電電池也可以用石墨烯進行改進。磷酸鐵鋰（LFP）電池具有比其他鋰電池更高的整體功率密度，但它們的能量密度也更低。石墨烯可用于加強LFP陰極，使電池重量更輕，儲存容量更大，充電速度比一般磷酸鐵鋰離子電池快得多。

　　石墨烯電池和超級電容器的結合使用可以大大提高電動車的效率和續駛里程，電動車公司已經投資開發汽車用石墨烯電池。

　　電動車中的石墨烯電池

　　石墨烯電池的新進展已經導致電池的創造超過了目前使用的任何鋰電池的性能。西班牙電池公司Graphenano去年推出了一種石墨烯聚合物電池，一次充電可以使電動車行駛800公里或497英里。理論上電池也可以在幾分鐘內充電。由于其石墨烯結構，電池的充電和放電能力比一般鋰電池快約莫33倍。

　　由HenrikFisker經營的Fisker公司，也許是特斯拉電動車成功的最大競爭對手，最初計劃在其新電動車FiskerEMotion中使用石墨烯電池。然而，該計劃后來因鋰電池而下降。盡管決定將用于電動車輛的石墨烯電池作為替代品，但Fisker表示，該公司對固態石墨烯電池包電池的研究將持續進行。

　　如果菲斯克決定在他們的車輛中使用石墨烯電池，他們可能是第一家這樣做的公司。也就是說，它不像特斯拉坐在場邊，而其他公司則追求電動車技術的進步。如果石墨烯電池成為一項變革性技術，特斯拉將會在某種程度上追求其使用的可能性。

　　與此同時，對石墨烯電池的研究仍在持續，正如可以利用石墨烯的超級電容器所做的工作一樣，并且可能會使傳統電池在不久的未來被淘汰。超級電容器由三層組成。它具有兩層石墨烯，而中間層是一層電解質。超級電容器薄膜非常薄而且非常牢固穩定，并且可以在很短的時間內釋放出大量的能量，這對于電動車輛需要額外的能量來快速提高加速度是非得的。

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