科普 | 为什么你的智能手机需要石墨烯电池？

科普 | 为什么你的智能手机需要石墨烯电池？

石墨烯电池并不是网上流传的锂电池的颠覆。

文字| 再见

据雷锋网报道，近日，华为法国官方发布报告，预测华为将成为第一个搭载石墨烯电池的手机品牌，并有意将这款电池用于华为高端手机。 该说明还指出，除了充电速度比以前的型号更快（用户可以在 45 分钟内将电池充满电）之外，电池也将比以前更耐用、更持久、更小。

注：上图中的文字虽然是法语，但从“”””字样还是可以看出与石墨烯电池有关

随后，该消息被外媒进一步猜测和报道。 根据华为此前的规划，华为2020年上半年的旗舰产品将是P系列。 因此，外媒猜测P40可能是华为首款搭载石墨烯电池的手机。

不过，根据最新消息，华为高管回应称，该文章内容为不实消息。

华为与石墨烯电池的历史

事实上，这并不是华为第一次与石墨烯“连接”

2015年华为Mate8发布前夕，新机采用石墨烯电池的消息在网络上不胫而走，这也使得华为Mate8的发布备受关注。 不过，当时华为与曼彻斯特大学在石墨烯技术方面的合作主要集中在通信领域，而不是石墨烯电池。 余承东在发布会上两个多小时都没有提及石墨烯电池。 最终，“Mate8搭载石墨烯电池”的消息被认定为假新闻。

在2018年的荣耀发布会上，荣耀总裁赵明介绍了几项“非常吓人”的技术和两个彩蛋，其中就包括石墨烯电池。 不过，石墨烯电池目前尚未在荣耀手机上使用。

注：上图为石墨烯电极电池特性曲线，来自诺基亚研究中心整理的石墨烯在手机中的应用PDF文件

对于华为法国官方透露的明年华为石墨烯电池动向，有业内人士表示，石墨烯电池目前正致力于解决三个关键问题：倍率性能、能量密度和安全性。 倍率性能就是所谓的快电池。 收费。 目前已经商业化的技术主要体现在快充方面。 如果华为在安全性上取得突破，P40系列完全有可能首发石墨烯电池。

不过，现在该内容已被官方删除。 外媒Phone Arena认为，华为的删除表明该消息“可能是假新闻”。 今天下午，华为手机产品线副总裁李小龙证实该消息不实。

什么是石墨烯？

上面一直在讲石墨烯和石墨烯电池。 这里我们先了解一下什么是石墨烯：

石墨烯（）：是由具有sp2杂化轨道的碳原子组成的平面薄膜，形成六方蜂窝晶格，是一种厚度仅为一个碳原子的二维材料。 2004年，英国曼彻斯特大学物理学家安德烈·海姆和康斯坦丁·诺沃肖洛夫在实验中成功将石墨烯从石墨中分离出来，并证实其可以单独存在。 他们因二维石墨烯材料的开创性实验共同获得2010年诺贝尔物理学奖。

石墨烯是目前世界上最薄但也是最硬的纳米材料。 几乎完全透明，仅吸收2.3%的光； 其导热系数高达5300 W/m·K，高于碳纳米管和金刚石。 电子迁移率超过15000 cm2/V·s，高于碳纳米管或硅晶体，电阻率仅为10-6 Ω·cm左右，低于铜或银。 它是世界上电阻率最小的材料。 由于其电阻率极低，电子运行速度极快，因此有望用于开发更薄、导电速度更快的新一代电子元件或晶体管。 （来自维基百科）

雷锋网注：上图为IBM石墨烯芯片

简单来说，石墨烯是由碳原子组成的单层石墨。 它是一种具有六角形蜂窝晶格、厚度只有一个碳原子的平面薄膜（雷锋网按：最早的石墨烯是用胶带逐层粘合而成。通过将石墨减薄而得到），它具有非常好的导热性、导电性导电、透光，并具有高强度、超薄、比表面积大等特点，因而被誉为“超级材料”。

石墨烯凭借其多方面的优异性能，也被广泛应用，可应用于锂离子电池电极材料、薄膜晶体管、传感器、半导体器件、复合材料制备、透明显示触摸屏等。上面提到的“电池”就是它的主要用途之一。

卢山石墨烯电池的真面目

近年来，网络上有关石墨烯电池的消息纷繁复杂，有媒体甚至将石墨烯电池宣传为“锂电池的颠覆性革命”。 其实并不是。

首先我们需要明确一个概念，所谓石墨烯电池并不是整个电池采用石墨烯材料制成，而是电池的电极采用石墨烯材料。

此外，石墨是锂离子电池中最常用的负极材料。 充电时，Li嵌入石墨层中形成插层化合物。 当Li完全嵌入时，每个石墨层都嵌入一层Li，对应于化合物LiC6。 理论比容量为/g。 当各个单层石墨无序排列时，Li可以结合在单层石墨的两侧，理论比容量增加一倍，即/g。

Li可以储存在由石墨烯缺陷位点、片材边缘和石墨烯堆叠形成的微孔结构中。 也就是说，理论上石墨烯电极的比容量可能是石墨的两倍以上。

雷锋网注：上图为复合电极材料的结构

此外，如果石墨烯与SnO2、Mn3O4、CuO等电导率相对较低的正负极纳米材料如TiO2等结合，则可能会提高锂离子电池的循环性能。 中科院金属研究所曾在PNAS发表论文，将正极材料和负极材料分别与石墨烯结合，利用石墨烯制备了高充放电倍率的柔性锂离子电池/-石墨烯作为电极。 和电子的通道，同时起到导电添加剂和集流体的作用。

如果将石墨烯和炭黑混合作为导电添加剂添加到锂电池中，或许可以有效降低电池的内阻，提高电池的倍率充放电性能和循环寿命，并且电池的弯曲性能也得到了提高。对充放电性能无影响。 不过，华为和高通此前通过大电流密度充放电进行快速充电的做法，大大降低了电池的续航时间，尽管近年来这一缺点已经得到了很大改善。 相比之下，石墨烯电池的快速充电似乎并不会缩短电池寿命，而且更美观。

雷锋网总结

总而言之，从当今石墨烯技术的实际应用和技术水平来看，对石墨烯的很多描述仅停留在理论层面，对于大规模商业应用还远远不够成熟。

仅从石墨烯电池来看，理论上其能量密度可以大幅提升甚至成倍提高，但迄今为止，石墨烯电池在实际应用中的能量密度还非常有限。 另一方面，由于石墨烯电池中的储能材料仍然是锂离子，因此石墨烯电池并不是网上流传的对锂电池的颠覆。

虽然石墨烯电池对于提高锂电池的充放电倍率以及锂电池的寿命具有突破性的意义，但无论是各大手机厂商还是消费者都应该对此保持理性的态度。

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