华为、三星争推石墨烯电池,是徒有虚名,还是真的黑科技?

现阶段5G已经商用,大量抢先吃螃蟹的5G用户在感受畅快淋漓上网体验的同时,也纷纷吐槽5G手机续航能力表现较差。因为技术限制,目前的5G终端耗能高确实是一大痛点,运营商、终端设备商也正在加大力度研发攻关这一难题。

近期,媒体纷纷报道以三星、华为为代表的手机厂商将推出使用石墨烯电池的手机,能够快速充电、降低耗能。那么究竟什么是石墨烯电池?真的能够达到媒体所宣称效果吗?下面通信君就跟大家聊聊这个话题。

华为、三星争推石墨烯电池,是徒有虚名,还是真的黑科技?

华为、三星争推石墨烯电池,是徒有虚名,还是真的黑科技?

我们知道,目前智能终端是以锂电池为主,通常在一个半小时可以充满。新闻报道中提到三星或于明年推出配备“石墨烯电池”的智能手机,不到半小时就能充满电池。更早之前还有网络新闻传出配备石墨烯电池的电动汽车,只需充电10分钟就可以跑1000公里, “石墨烯电池”将掀起新能源革命。

这些说法是否可靠呢?

通信君认为,事实上石墨烯电池确实比锂电池效能要好。石墨烯比铜的导电效率还要高约100倍,转换效率比现在的锂电池还要快140倍,是快速充电的理想材料,听起来确实是很炫的黑科技。但是新闻报道中,手机厂商宣称的“石墨烯电池“实际上仍然是锂电池,只是由于在电池中加了石墨烯之后效能会改变、提升充电速度,并非革命性技术突破,媒体的报道有夸大之嫌。

那么到底什么是石墨烯?什么是石墨烯电池?为什么说媒体的报道有夸大?

下面通信君跟大家一起来看看到底是怎么回事。

首先请看下面三个图。

华为、三星争推石墨烯电池,是徒有虚名,还是真的黑科技?

钻石的碳原子排列

华为、三星争推石墨烯电池,是徒有虚名,还是真的黑科技?

石墨烯的碳原子排列

华为、三星争推石墨烯电池,是徒有虚名,还是真的黑科技?

纳米碳管的碳原子排列

如果碳原子整齐排列成“钻石结构(图1)”,就称为“钻石(Diamond)”。单层的碳原子如果整齐排列成六边形(图2)就称为“石墨烯(Graphene)”。许多层石墨烯堆叠起来就形成“石墨(Graphite)”。碳原子排列成六边形管状(图3)就形成“纳米碳管(CNT)”。如果碳原子乱七八糟排列不整齐,就变成我们平常烤肉使用的“木炭(Charcoal)”。看起来原子怎么排列对价钱影响很大呢。

这里要特别强调,科学上定义只有“单层的碳原子”排列成六边形才叫“石墨烯”,如果是几百层几千层,那就只能叫做“石墨”或“石墨粉”。

所谓的“石墨烯电池”完整的名称应叫作“石墨烯基锂电池”,其实就是一种锂电池,那为什么要叫“石墨烯基”呢?

锂电池主要的结构有阳极材料、阴极材料、电解质三个部分。其中阴极就是我们常听到的锂钴化合物、锂镍氧化物、锂锰氧化物、磷酸锂铁等;阳极通常使用石墨嵌入锂离子;而碳只是锂电池的“微量添加物”,它不能用来储存电能,也就并不会增加锂电池的容量。

由于阴极材料通常以粉末的形式存在,因此锂电池制造时必须在阴极材料(锂钴氧化物粉末)加入胶水才能固定在铝箔基材上,但是胶水导电性不好,必须加入“碳粉”来增加导电性。后来人们发现石墨烯的导电性更好,因此使用石墨烯来取代炭粉,可以加快充电速度,原理就是这么简单。

问题是只有“单层的碳原子”排列成六边形才叫做“石墨烯”。我们平常用煤气加热时在锅底会留下黑黑的粉末,里面其实就有极微量的纳米碳管或石墨烯这些东西。但是工业上要大量生产高纯度的纳米碳管和石墨烯很困难,成本很高,最终制造出来的东西一定大部分是许多层石墨烯堆叠起来的“石墨粉”,只含有少量的“石墨烯”,用这些石墨粉的确会增加导电性,但是效果肯定要比石墨烯差很多。

明明大部分是“石墨粉”,为什么要叫做“石墨烯电池”呢。通信君认为主要还是炒作概念,因为发现石墨烯结构的科学家在2010年拿到诺贝尔奖,而且“烯”这个字平时也比较少见,叫石墨烯电池会让人觉得那又是什么伟大的黑科技,如果叫“石墨电池”或“石墨粉电池”,不就不那么高大上了吗?

新闻中提到的手机快充主要靠的还是增加功率,因为功率=电压(水压)乘以电流(水流),要让木桶快满的方法是增加水压和水流,因此快充的方法就是增加电压和电流,也就是增加功率。

一般我们用USB充电时电压只有5伏特,电流只有1安培,因此功率只有5瓦,大约2小时才能充满;快充就是用大电压大电流来充电,例如:三星Note 10+近期正式推出45瓦的快充技术,可能就是用15伏特3安培充电,只需要30分钟就能充满。再加上明年开发出石墨“粉”电池增加导电性,要缩短到30分钟以内应该不是什么难事,没什么可大惊小怪的。

不过要留意一般手机的USB只支持5伏特,因此只有支持大电压15伏特充电的手机才能用这种技术来快充;此外高电流充电的下场就是缩短锂电池的寿命,也就是可能要常常换电池,这样是不是值得就看消费者怎么想了。

最后,通信君做个小结。

第一,快充技术确实是手机厂商、电动汽车厂商都在重点研发攻关的技术难题。

第二,在锂电池中添加了石墨“粉”(以及一点点石墨烯),确实可以让充电速度加快。这主要是因为石墨(以及其中的一点点石墨烯)的导电性好。但严格讲起来,由于目前的技术手段还无法大量使用石墨烯,所以这种效能的提升与石墨烯到底有多大的关系其实是存疑的。

第三,我们的手机、电动汽车都想要快充,但是因为现在的电池其实还是锂电池,快充的下场就是锂电池的寿命就一定会缩短。尤其是电动车,电池的成本占到总成本的30-40%,如果100万成本的车,光电池就占到了30-40万,所以还是需要权衡利弊。

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