电池发展新高度：石墨烯电池详述

　　电容对于电池来讲也是比较重要的，因为这关乎到了电量的多少，并且电容本身的材质在很多时候也是具有决定性的作用的，因为电容能够决定电池的重量，电量，特性等等，因此人们在开发新的电池时候，会更多的去进行新材料的开发，比如说石墨烯电池就是其中的一个，石墨烯电池是一种非常神奇的电池，不过石墨烯材料本身是被当成了一种电容介质来进行使用的，虽然说在实验的阶段已经完成，但是石墨烯电池的市场推广使用还是有一段路需要进行的，不过如果这种材质的电池成功的开发成功并且开始应用的话，那么理论的充电时间只需要几秒钟就可以完成，绝对是一种新能源的最佳选择，本文就来详细的为大家介绍以下石墨烯电池的相关信息。

　　一、石墨烯电池是什么

　　石墨烯电池其实并不是真正的电池，而是一种新材料超级电容。在此之前，超级电容已经广泛应用于电动车、混动汽车和大功率输出设备等领域，作为一种电化学储能装置，其性能介于传统电容和电池之间，具有功率密度高，循环寿命长以及安全可靠等特点，但是能量密度却是其最大的软肋。

　　为了解决这个问题，科研工作者只能在新材料上下功夫。经过多年研究，最后发现氮掺杂有序介孔石墨烯的性能表现最佳，不仅能实现高能量密度和高功率密度，而且还具有无毒环保，体积轻重量小，成本低廉易于规模生产，性能安全可靠，不易燃也不易爆等等优势，实为超级电容之最佳材料，可谓是居家必备，老少咸宜……

　　正因如此，氮掺杂有序介孔石墨烯超级电容无论是性能还是成本，都比目前实际应用的所有种类的电池更具优势，且在快速充放电方面更是将锂电池甩出几条街，完全可以替代掉原先的电动车电池组成为新的储能设备。所以，该超级电容被冠以“石墨烯电池”的名头见诸各大媒体。

　　然而就本质来说，石墨烯电池并不是真正的电池，如果说超级电容相当于电脑中的内存，电池相当于电脑中的机械硬盘，而石墨烯电池其实就相当于固态硬盘——尽管都有“储存”上的功能体现以及储存容量的限定，但就原理而言，固态硬盘和机械硬盘其实并不是一回事，固态硬盘的工作原理更接近于内存。

　　二、石墨烯电池工作原理

　　石墨烯是碳原子以SP2混成轨域显峰晶格排列构成单式二维晶体，是碳原子和其共价键所形成的原子尺寸网络，即碳原子层面的石墨。主要原料石墨，在我国来源广泛，每吨石墨成本380元。石墨烯可以采用机械法和化学分散发来制得，增值空间巨大。

　　金属的导电机理是金属阳离子以密堆积的形式“浸没”在电子的海洋里，金属是通过自由电子的定向移动来导电的。但金属键是不牢固的。所以，金属常常会出现空穴或杂原子等晶体缺陷，破坏了金属的规则的晶体结构，当电子经过这些缺陷时，就容易发生散射等现象，降低了电子定向移动的速度，影响了导电性。

　　由于石墨烯所有原子均参与了离域，所以其整个片层上下两侧电子都可以自由移动。并且由于共价单键的稳定性，石墨烯不会出现某位置碳原子的缺失或被杂原子替换，保证了大π键的完整性，电子在其中移动时不会受到晶体缺陷的干扰，得以高速传导，因此石墨烯有着超强的导电性。石墨烯最大的特性是其中电子的运动速度达到了光速的1/300，远远超过了电子在一般导体中的运动速度。

　　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，开发出一种新型储能设备，可以将充电时间从过去的数小时之久缩短到十几分钟。

　　目前市场上电动自行车的电池主要有四种：即阀控铅酸免维护蓄电池、胶体铅酸蓄电池、镍氢蓄电池和锂离子蓄电池。现在的电动车上绝大多数装的是铅酸蓄电池，因为铅酸蓄电池成本低，但是目前市场上的电动车电池都需要较长的充电时间普通的在六七小时左右，甚至有需要更长时间的，对于使用来讲不是很方便。

　　将石墨烯加入到电动自行车的锂电池中，石墨烯具有非同寻常的导电性能。在石墨烯中，电子能够极为高效地迁移，它的电子能量不会被损耗，这样的特性会使电动自行车电池的充电时间大大的缩短并且会使其性能更加优异，加上电动自行车本来就就是很方便而且节能环保的优质工具会得到更多人们的青睐。

　　由此看来，以新材料石墨烯为电极的新型大容量快速充电电池有望填补市场空白。首先电子在石墨烯电极中的运动速度可达到光速的1/300，应用石墨烯电极，可大大减少充电时间；可改善传统电池充电时间长，动力不足的问题。

　　同时生产石墨烯电池，在全球范围内具有超前性，符合市场需求。它能把传统的重污染电池产业升级成新兴环保高科技产业，促进了产业升级，对促进高新产业发展，拉动内需，提高我国电池工业技术水平，具有一定的意义。

　　三、石墨烯电池充电只需几秒

　　“据《世界报》消息，西班牙Graphenano公司（一家以工业规模生产石墨烯的公司）同西班牙科尔瓦多大学合作研究出首例石墨烯聚合材料电池，其储电量是目前市场最好产品的三倍，用此电池提供电力的电动车最多能行驶1000公里，而其充电时间不到8分钟。”。

　　事实上，为了找到理想材料，科学家可是费尽了心思。终于，中科院研究发现，氮掺杂有序介孔石墨烯的性能表现最佳。

　　优势：实现高能量密度、高功率密度；而且还可以通过使用水基电解液，做到无毒、环保；价格低廉、安全可靠。

　　但是，but，该石墨烯电池号称充电7秒钟，续航35公里，可想而知对充电功率的要求会极高！ 从实验室到工厂再到市场，它还有很远的路要走。

　　四、石墨烯电池市场环境分析

　　据统计，2010年，江苏雅迪电动车销售总量为486000台，北京日新销量为437000台，浙江金华绿源为301000台，常州速派为387500台，天津富士达为228000台，青岛澳柯玛为186000台，而这些仅占电动车市场中的一小部分，做为其消耗品，电动自行车的平均寿命仅有18个月，相对于电动车寿命来说，电池的可持续消费能力强，电池的前景一片光明。

　　目前，我国市场经济正处于从劳动密集型向技术密集型转变的过程，国家推出多项措施鼓励高新技术的发展，对高科技企业有政策性的扶持。所以投资石墨烯项目应该是大有可为。而石墨为石墨烯电池的主要原料，我国有大量储备，物美价廉。原料市场成熟，价格稳定。而采用大批量采购的方式则可以争取更低价格的。

　　目前，国内应用石墨烯电池的制造技术在行业中还属于空白，所以投资前景还是很好的。以天津市每年的电池更换量在30万左右，预计第一年目标占领市场约为5%，根据市场调查结果，做出估计。在人工和设备的相关预算中，预计第一年运行两条产线，第二年三条生产线同时运行。

　　假定，资金成本率取较严格10%（目前的净现值计算取资金成本率为8%）计算，根据相关计算，五年的净现值计算后为64.0134万元，净现值大于现值，此项目的盈利能力较为乐观，值得投资；现值指数计算后为1.32，平均报酬率为39.47%，此项目前景较好。投资回收周期为4.47年，短期偿债力较佳，是理性投资项目，在财务预算上可行性较高。

　　随着经济的发展和国家对农村的扶持力度加大，乡村市场的前景被普遍看好。乡村消费者对质量的要求也越来越高，价格对消费影响的比重越来越小。人们更注重商品的长期消费，对“大件”商品尤其如此。对使用寿命及后续使用的费用尤其关注，根据这一特点，在产品宣传中着重宣传高性价比、高效环保这一中心，扬长避短，突出性价比这一理念，从而避免初期定价高对市场成长的弊端。

　　现代生活发展快，人们对于环保的关注度与日剧增，因此更加关注低碳生活，所以不妨将产品的核心理念定义为“高效环保”，这正好符合了现代人们的价值观。随着品牌的传播与推广，使品牌深入人心。

　　1、合理布局运用广告、公关赞助、新闻炒作、市场生动化、关系营销、销售促进等多种手段，避免单一的广告往往只能提高品牌知名度，难以形成品牌美誉度，更难积淀成品牌文化。

　　2、根据目标消费群体的触媒习惯选择合适的媒体，确定媒体沟通策略。

　　3、品牌传播要遵守聚焦原则，进行合理的规划与聚焦，在某一区域市场上集中力量。选择一个或几个乡村做广告宣传，则很快在当地市场产生市场效应，为进军全市场奠定基础。

　　4、品牌传播要持久，持续。品牌的提升是一项系统工程，需要长久的投入与坚持。注重品牌核心价值“高效、环保”，企业一切营销活动都应该以滴水穿石的定力，持之以恒的维护它，更好的形成“石墨烯电池是最值得购买的产品”这一理念。

　　综上所述，石墨烯以其优异的性能，良好的市场推广前景，必将在电动车电池及其他相关领域大展宏图。

　　五、石墨烯电池的应用前景

　　石墨烯在锂离子电池上的应用前景微乎其微的。相比于锂离子电池，石墨烯在超级电容器尤其是微型超级电容器方面的应用前景似乎稍微靠谱一点点，但是我们仍然要对一些学术界的炒作保持警惕。其实，看了很多这些所谓的“学术突破”， 你会发现很多教授在其paper里有意无意地在混淆了一些基本概念。

　　目前商品化的活性炭超级电容器能量密度一般在7-8 Wh/kg，这是指的是包含所有部件的整个超级电容器的器件能量密度。而教授们提到的突破一般是指材料的能量密度，所以实际中的石墨烯超电远没有论文中提到的那么好。

　　相对而言，微型超级电容器的成本要求并没有普通电容器那么严格，以石墨烯复合材料作为电化学活性材料，并选择合适的离子液体电解液，有可能实现制备兼具传统电容器和锂离子电池双重优势的储能器件，在微机电系统（MEMS）这样的小众领域可能（仅仅只是可能）会有一定的应用价值。

　　总结：对于新能源电池的开发以及使用，在一定的程度上具有非常重要的意义，因为目前地球上的资源正在走向匮乏的时期，如果新的能源能够出现，那么对于世界上的危机解决是非常重要的，并且从其他的层面来讲，石墨烯电池的出现也标明了人们在这方面的开发走向了一个新的高度。