2017年8月27日下午在英國(guó)駐武漢總領(lǐng)事館總領(lǐng)事官邸，筆者與康斯坦丁.諾沃肖洛夫教授（2010年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)獲得者）討論了新能源汽車動(dòng)力電池關(guān)鍵技術(shù)，即石墨稀的潛在應(yīng)用和商業(yè)化價(jià)值有些收獲，分享如下。

一、石墨烯與諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)

2004年，英國(guó)曼徹斯特大學(xué)物理學(xué)家安德烈·海姆和康斯坦丁·諾沃肖洛夫，成功地在實(shí)驗(yàn)中從石墨中分離出石墨烯。兩人也因“在二維石墨烯材料的開創(chuàng)性實(shí)驗(yàn)”為由，共同獲得2010年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。

他們得諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)的理由是什么？他們證明了石墨烯可以單獨(dú)存在。這里告訴人們：

①石墨烯是從石墨里離分離出來；

②石墨烯可以單獨(dú)存在；

②)石墨與石墨烯是兩種不同材料，這是從材料分子結(jié)構(gòu)上來說的。

二、石墨及特性及應(yīng)用

石墨名字來源于希臘文“graphein”， 1789年由德國(guó)化學(xué)家和礦物學(xué)家A. G. Werner 于命名的。

石墨是碳（元素）的一種同素異形體。每個(gè)碳原子的周邊連結(jié)著另外三個(gè)碳原子（排列方式呈蜂巢式的多個(gè)六邊形）以共價(jià)鍵結(jié)合，構(gòu)成共價(jià)分子。屬六方晶系，具完整的層狀解理。（見圖1）。 

石墨分子結(jié)構(gòu)排列方式呈蜂巢式的多個(gè)六邊形，是碳質(zhì)元素結(jié)晶，解理面以分子鍵為主，對(duì)分子吸引力較弱，其特點(diǎn)是：

①石墨與金剛石、碳60、碳納米管等都是碳元素的單質(zhì)，它們互為同素異形體。

②石墨屬于導(dǎo)電體。其天然可浮性很好。由于每個(gè)碳原子均會(huì)放出一個(gè)電子，那些電子是能夠自由移動(dòng)的。

石墨作筆芯（見圖2）是大家比較清楚的。實(shí)際上，廣泛應(yīng)用于石油化工、

圖2 石墨筆芯實(shí)物

濕法冶金、酸堿生產(chǎn)、合成纖維、造紙等工業(yè)部門，可節(jié)省大量的金屬材料。在冶金工業(yè)中制造石墨坩堝；在電氣工業(yè)上用作制造電極、電刷、碳棒、碳管、水銀正流器的正極，石墨墊圈、電話零件，電視機(jī)顯像管的涂層等；在機(jī)械工業(yè)中常作為潤(rùn)滑劑。在國(guó)防工業(yè)中還用石墨制造固體燃料火箭的噴嘴，導(dǎo)彈的鼻錐，宇宙航行設(shè)備的零件，隔熱材料和防射線材料。

20 世紀(jì)60年代，銅做為電極材料被廣泛應(yīng)用，使用率約占90%，21世紀(jì)，越來越多的用戶開始選擇石墨作為電極材料，在歐洲，超過 90%以上的電極材料是石墨。大家知道了石墨比較好導(dǎo)體材料，于動(dòng)力電池目前用石墨作負(fù)極。

三、石墨烯及特性、應(yīng)用

石墨烯從石墨分子單獨(dú)分離出來。其分子結(jié)構(gòu)（見圖1），由碳原子構(gòu)成的單層片狀結(jié)構(gòu)的新材料，只有一個(gè)碳原子厚度的二維材料，由碳原子以sp2雜化軌道組成六角型呈蜂巢晶格的平面薄膜，與金剛石、石墨、C60  在分子結(jié)構(gòu)層面上的不同的。是一種透明、良好的導(dǎo)體。

物理特點(diǎn)：

①石墨烯是世上最薄、是最堅(jiān)硬的納米材料 ，幾乎是完全透明的；

②導(dǎo)熱系數(shù)高達(dá)5300 W/m·K，高于碳納米管和金剛石，常溫下其電子遷移率*超過15000 cm2/V·s，又比納米碳管或硅晶體高，而電阻率只約10-6 Ω·cm，比銅或銀更低，為世上電阻率最小的材料。

用途：

①適合用來制造透明觸控屏幕、光板、甚至是太陽(yáng)能電池。

②電阻率極低，電子遷移速度極快，因此被期待可用來發(fā)展出更薄、導(dǎo)電速度更快的新一代電子元件或晶體管。

四、石墨烯動(dòng)力鋰離子電池主要優(yōu)點(diǎn)

通過以上介紹，知道了石墨烯動(dòng)力鋰離子電池，是在動(dòng)力鋰離子電池的基礎(chǔ)上用上石墨烯材料的動(dòng)力電池，可以克服目前磷酸鐵鋰電池的一些缺點(diǎn)：

①充電時(shí)間過長(zhǎng)，需要6-8小時(shí)；

②電池快充后壽命將大幅縮短，反復(fù)快沖嚴(yán)重影響電池性能；

③高溫環(huán)境下電池組，循環(huán)壽命大大縮短。

石墨烯動(dòng)力鋰離子電池有優(yōu)點(diǎn)是：

①單體動(dòng)力電池比能量可以提高到150瓦時(shí)/公斤以上；

②充電時(shí)間縮短到0.5-1.5??；

③多電池的電池組壽命提高50%以上

③高溫環(huán)境電池組循環(huán)壽命提高40%以上。

③8年使用，幾乎不需更換。

五、筆者研習(xí)的體會(huì)

①石墨烯是一種新型材料，與石墨是同一個(gè)家族的，但是在分子結(jié)構(gòu)上是不同的；

②在目前鋰離子電池技術(shù)的基礎(chǔ)上，用石墨烯替代石墨負(fù)極，即為石墨烯動(dòng)力鋰離子電池；

③動(dòng)力電池負(fù)極材料，由銅材變成石墨材料，再有石墨變成石墨烯材料是一個(gè)基本趨勢(shì)；

④石墨烯材料作為電池負(fù)極，可以提高動(dòng)力電池充（放）電時(shí)間，可以提高安全性。

⑤動(dòng)力電池提高比能量關(guān)鍵在材料，石墨烯材料作為電池負(fù)極對(duì)提高動(dòng)力電池比能量作用是比較有限的。

⑥市面上，商業(yè)化的石墨烯動(dòng)力鋰離子電池，估計(jì)進(jìn)度是會(huì)相當(dāng)快的。

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