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汽势Auto-First|张驰

碳是元素周期表中最具魅力的元素，随着碳结构的不同，可以是金刚石也可以是石墨。更为有趣的是，由多层碳原子通过范德华力（分子间作用力）构成的石墨，分离出单层碳原子后就变成了珍贵的石墨烯。

英国曼彻斯特大学科学家海姆和诺沃肖洛夫，在2004年用胶带撕扯石墨，得到薄薄的一层碳原子，推导出具有超强导电性的纳米级材料石墨烯，他们凭借这一发现，在6年之后的2010年获得2010年诺贝尔物理学奖。

最近被汽车行业广泛讨论的“8分钟可充满电”的电池就与石墨烯息息相关。由于石墨烯的超强导电性，在高功率快充桩的加持下，8分钟充电至80%，里程达到650公里，原理上已不是问题。石墨烯为什么有如此魔力，它的导电原理是什么？未来的商业化推广还有哪些问题？

从定义上来说，石墨烯是指从石墨材料中剥离出来，由碳原子组成的只有一层原子厚度的二维晶体，在实际研究中10层以内的石墨结构也可称作石墨烯，完美的石墨烯具有理想的二维晶体结构，由六边形晶格组成。

正是由于这样特殊的结构，石墨烯具有很多突出性能。最新研究表明，电子在石墨烯的迁移速度很高，能达到光速的1/300，10倍于商用硅片电子迁移速度，而且只会产生很少的热量，人们利用锂离子可在石墨烯表面和电极之间大量穿梭的特性，开发出石墨烯电池。

事实上石墨烯电池，是一个不准确的概念，准确的讲基本都是在材料中加入一点石墨烯，以提高锂电池的部分性能，可以叫做石墨烯基锂离子电池。对锂离子电池来说，石墨烯作为碳基负极材料，是没有办法从根本上改变锂离子电池能量比数量级的。

高纯度石墨烯价格昂贵，大约是黄金价格的10倍，在碳元素家族中，昂贵程度仅次于钻石，而且高纯度石墨烯制备难度大，现在公布的一些惊人数据基本都来自纯度极高的石墨烯电池，仅出现在实验室内或由限制条件的商业化。

目前正在推动的，掺杂石墨烯基的锂电池，石墨烯是作为导电剂或电极嵌锂材料加入，与传统的正负极材料相比，前者带来性能能否优势能否覆盖掉成本还是很大的问题，此外石墨烯的高比表面积，与锂电池工业技术体系的相容性，以及硅作为负极材料有更高的理论容量，这些问题也没有办法从根本上解决。 所以石墨烯电池显然没有那么完美， 石墨烯电池取代锂电池短期内还不可能实现，作为掺杂石墨烯基的锂电池，目前刚要走出实验室，未来的走势还有待观察。

近日广汽埃安吆喝的石墨烯基超级快充电池，8分钟可充满80%的电；硅负极的电池，NEDC续航近年可实现1000公里，本来是两件事，很多人合二位一理解为8分钟内可充满电跑1000公里。单一实现都不是问题，但8分钟充满电续航达1000公里显然违背基本的物理规律。广汽埃安通过在811、622电池基础上增加1%-2%的石墨烯正负极材料，来提高它的充电速度，但具体提升指标没有提及，电池成本为将增加5%-8%。在市面上已能看到最大充电功率达600kW的广汽埃安充电桩，显然高功率充电桩起着关键作用。

石墨是制备石墨烯的原材料，据汽势Auto-First查证，中国石墨资源丰富，已探明储量占世界总储量的24%左左右。2017年中国石墨产量已达到78万吨，主要分布在内蒙古、黑龙江、山东等地。天眼查最新数据显示，中国有1.7万家石墨烯相关企业，其中不乏汽车相关企业，早在2011年，北汽集团、北汽福田、宁德时代共同投资的北京普莱德新材料公司，在黑龙江省鸡西市组建黑龙江普莱德，结合当地石墨资源，开发石墨电池材料。

2010年石墨烯的发明成就荣膺诺贝尔奖后，在当年相关专利数达到480篇，2017年增长到了13371篇，2017年开始，增长率有所下降，石墨烯技术正在由成长阶段向技术成熟阶段过渡。中国作为石墨烯专利技术世界范围内处于领先地位，韩国，美国，日本紧随其后。

随着石墨烯的研究进步，已在电池正负极材料、涂料、柔性屏等方面开展了广泛应用尝试，石墨烯产业将进入快速发展阶段，市场正逐步扩大。相关机构预测，2021年中国石墨烯市场规模将达到11亿元。（图片来源于网络）