石墨烯电池
一类新能源电池
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石墨烯电池（graphene battery[2]）是指使用了石墨烯材料及相关技术的电池，它们普遍具有充电速度快、运行温度低、使用寿命长、存储容量大以及安全性更高等特点，且本质还是锂离子电池或者其他介质电池，[4]主要用于智能手机、新能源汽车等场景。[1]
2013年，美国加州大学洛杉矶分校的研究人员开发出一种以石墨烯为基础的微型超级电容器，该电容器不仅外形小巧，而且充电速度为普通电池的1000倍，可以在数秒内为手机甚至汽车充电 ，同时可用于制造体积较小的器件。[6]2015年10月23日，华为对外宣布与曼彻斯特大学合作研究石墨烯应用于消费电子产品和移动通信设备；11月13日，华为瓦特实验室展示5分钟即可充满3000mAh电池48%电量的快充技术成果，该快充电池最大的突破是采用了包含石墨分子结构的新型分子结构的负极材料。[1]2015年12月18日，中科院上海硅酸盐所的科学家研制出了一种高性能超级电容器电极材料——氮掺杂有序介孔石墨烯，该材料具有极佳的电化学储能特性，可用作电动车的“超强电池”。[7]2018年10月16日，华为发布Mate 20系列手机配备的电池采用了石墨烯+液冷散热组合系统，是石墨烯技术首次在智能手机上应用。[1]2018年年底，三星先进技术研究院制造出“石墨烯电池”样品，并在韩国和美国进行了专利申请。[1]2020年，小米发布的小米10至尊版宣称采用全新石墨烯基材料电池，同时内置第三代导电剂石墨烯。[8]
截至2024年7月，石墨烯的研究进展有许多，比如石墨烯的准固态锂—氧电池、石墨烯基三维导电网络结构储能电极材料、石墨烯应用于准固态可充电Na-CO2电池、石墨烯基复合电极应用在非对称超级电容器上等。中科院重庆绿色智能技术研究院的研究人员在展示单层石墨烯产品的超强透光性和柔性。其中，石墨烯的准固态锂—氧电池理论上具有超高的能量密度；石墨烯基三维导电网络结构储能电极材料则是拥有超高的电荷传导能力；石墨烯应用于准固态可充电Na-CO2电池，可让该电池具备高离子导电率和一些其他的能力，并让其变得更加安全，以及可实现更好的充电循环；而石墨烯基复合电极在非对称超级电容器上的应用则是基于石墨烯可以与许多东西复合构建出不同的性能，如与金属氧化物复合可获得更高的能量密度，与一些导电聚合物如聚苯胺类等复合，可获得较高的导电性等。[9]
发展历史
2004年，英国曼彻斯特大学物理学家安德烈·海姆和康斯坦丁·诺沃肖洛夫，成功地在实验时从石墨中分离出石墨烯，而证实它可以单独存在，两人也因“在二维石墨烯材料的开创性实验”为由，共同获得2010年诺贝尔物理学奖。[1]2011年，《科技日报》发布消息，称美国俄亥俄州Nanotek仪器公司的研究人员利用锂离子可在石墨烯表面和电极之间快速大量穿梭运动的特性，可以开发出一种新型储能设备，将充电时间从过去的数小时之久缩短到不到一分钟。[3]2014年，西班牙石墨烯创业公司Graphenano与科尔瓦多大学合作研究出全球首个石墨烯聚合材料电池。装配该电池的电动车最多能行驶1000公里，而其充电时间不到8分钟。[1]