賤賤

冬天到了，手機(jī)瘋了。明明看著還有大把電，可一出門(mén)一吹風(fēng)就回到解放前，過(guò)不了多久就死機(jī)、關(guān)機(jī)。為什么手機(jī)怕冷？問(wèn)題出在它的鋰電池上。鋰電池工作時(shí)，鋰離子會(huì)在正負(fù)極之間移動(dòng)，而低溫會(huì)讓離子活性降低，很快就“跑不動(dòng)”了，電池可用量迅速下降。怎么辦？除了少出門(mén)外，有人想出了新招：石墨烯。這些年，不少研究者和商家提出石墨烯電池的概念，表示這種電池容量更大、充電更快、“死”得更慢，堪稱(chēng)劃時(shí)代的創(chuàng)造。

說(shuō)起石墨烯，我們可以從初中化學(xué)講起。碳元素的天然存在形式有兩種：石墨和金剛石。金剛石是最堅(jiān)固的碳結(jié)構(gòu)，硬度大、活性差，又名鉆石；石墨則是一種深灰色有金屬光澤而不透明的細(xì)鱗片狀固體，質(zhì)軟滑膩，有優(yōu)良的導(dǎo)電性能，最常見(jiàn)的就是2B鉛筆的筆芯。

在石墨中，每個(gè)碳原子只與其他三個(gè)碳原子以較強(qiáng)的力結(jié)合，形成一種層狀結(jié)構(gòu)，層與層之間的結(jié)合力較小，容易剝離。如果說(shuō)石墨是一摞A4紙，石墨烯就是其中一張，一張只有一個(gè)原子厚度。它是世上最薄、最堅(jiān)硬、電阻率最小的納米材料；它獨(dú)特的能帶結(jié)構(gòu)，讓電子在上面?zhèn)鲗?dǎo)時(shí)能量損耗極低。這些特點(diǎn)讓石墨烯成為商家眼中的“唐僧肉”。一時(shí)間，“充電兩分鐘，通話(huà)一整天”“充電一分鐘，續(xù)航百公里”等廣告語(yǔ)盛行。

不過(guò)，要得到“純種”石墨烯不容易，因?yàn)樗谧匀唤鐭o(wú)法穩(wěn)定單獨(dú)存在，很長(zhǎng)時(shí)間科研都止步于多層石墨烯。2004年，曼徹斯特大學(xué)學(xué)者安德烈·海姆和康斯坦丁·諾沃肖洛夫成功分離出單獨(dú)石墨烯平面，并于2010年獲諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。分離法神奇又樸實(shí)：用膠帶粘住石墨薄片的兩側(cè)后撕開(kāi)，可逐漸減薄石墨烯直至單層。如今，我們可以用氧化還原法等方式生產(chǎn)石墨烯，但要么成本太高、要么層數(shù)太多。

事實(shí)上，石墨烯的應(yīng)用很廣泛，電路、LED照明、手機(jī)或穿戴設(shè)備的柔性屏幕等領(lǐng)域都對(duì)這種新材料虎視眈眈，但最火熱的方向，莫過(guò)于將石墨烯和鋰電池結(jié)合，應(yīng)用到能源領(lǐng)域，也就是我們俗稱(chēng)的“石墨烯電池”——化學(xué)充電電池自誕生以來(lái)距今已100多年，無(wú)數(shù)人希望能克服其能量密度低、充電時(shí)間長(zhǎng)、循環(huán)次數(shù)低等缺陷，石墨烯被視為“救星”之一。

然而，這個(gè)世界并不存在純粹的石墨烯電池。石墨烯雖然可以改進(jìn)電池性能，卻無(wú)法作為電池的核心材料，它單片時(shí)有很多特殊性質(zhì)，在實(shí)際應(yīng)用中無(wú)法完全發(fā)揮。所以現(xiàn)實(shí)中石墨烯多用于與碳、硅或錫等物質(zhì)組成復(fù)合材料制造電池正負(fù)極，或是使用石墨烯作為導(dǎo)電添加劑。因此，與其起名 “石墨烯電池”，不如叫 “摻了石墨烯的鋰離子電池/鉛酸電池”。加之制程復(fù)雜、良率低、成本高等問(wèn)題，石墨烯電池想要實(shí)現(xiàn)工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化的量產(chǎn)，道阻且長(zhǎng)。

隨著電動(dòng)汽車(chē)被熱炒，一大堆高新科技名詞不斷涌現(xiàn)。但我要提醒大家，現(xiàn)在市面上打著量子、納米、石墨烯等關(guān)鍵詞的廣告，還得看具體產(chǎn)品，我們要對(duì)一些學(xué)術(shù)炒作運(yùn)用到商業(yè)領(lǐng)域保持警惕。不是有人長(zhǎng)戲言嘛：現(xiàn)在搞石墨烯應(yīng)用最盈利的就是賣(mài)設(shè)備、賣(mài)管式爐的；而消費(fèi)石墨烯產(chǎn)業(yè)最多的，應(yīng)該還是各高校和研究所吧。