石墨烯的发现：撕胶带撕出诺贝尔奖
[XCAR 科技 原创]
石墨烯是最近一两年非常火热的概念，它已经逐渐取代“纳米材料”，成了商家热炒、媒体报道、老百姓不知所云的又一种高科技。有关石墨烯手机、石墨烯电池之类的报道层出不穷，普通人常常被“充电十分钟能跑1000公里”、“中东油霸要完“之类的标题所吸引，但是读罢依然不知道石墨烯到底是个什么鬼。
石墨烯电池技术
要了解石墨烯，就要从石墨烯被发现的过程说起。
2004年，英国曼彻斯特大学的物理学家安德烈·盖姆和康斯坦丁·诺沃肖洛夫，成功从石墨中分离出石墨烯，两人也因此共同获得2010年诺贝尔物理学奖。他们的制备方法听起来非常不可思议，没有用到什么高大上的精密仪器，而是撕胶带撕出来的。
石墨烯电池技术
这两位科学家将石墨薄片的两面粘在一种特殊的胶带上，撕开胶带，就能把石墨片一分为二。重复N次之后，薄片越来越薄，最终撕剩下的是仅由一层碳原子构成的薄片，这就是石墨烯。当然，个中过程显然没有我们说得那么轻松，要知道1毫米厚的石墨片大约包含300万层石墨烯。撕胶带撕出一个诺贝尔奖，这两位科学家可真太会玩了，跟他们比起来，撕名牌撕兄弟什么的全都弱爆了。
石墨烯电池技术
石墨烯电池技术
从石墨烯被发现的过程里，我们可以了解到石墨烯最突出的一个特点，仅由一层碳原子组成。也就是说，石墨烯是一种网状的二维材料，而且这张网的厚度仅仅相当于一个碳原子的直径。同时，这张网上的每一个网格都是正六边形，正六边形的每一个角上都是一个碳原子。石墨烯的结构并不复杂，不过科学家告诉我们，得益于这些特点，石墨烯是目前世上最薄却也是最坚硬的材料，几乎完全透明。同时它的导电性和导热性极强，是目前世上电阻率最小的材料。
石墨烯电池技术
石墨烯电池技术
石墨烯电池技术
众多的优点决定了石墨烯是一种前景极为广阔的材料，在各行各业都能得到应用。在电动汽车领域，石墨烯材料除了能够降低车身重量，更受关注的应用是利用其优良的导电性来提高动力电池的性能。但是在此之前，首先要解决的是石墨烯的制造问题。
2 天然气制石墨烯：这才是正道?
一般来说，石墨烯的制造方法包括机械剥离法、氧化还原法、溶剂剥离法，以及化学气相沉积法(CVD)。
石墨烯电池技术
机械剥离法是一种纯物理的手段，比如最初发现石墨烯时撕胶带，就是一种机械剥离法。这种方法的缺点是生产率极低，无法应用于大规模生产。
氧化还原法成本较低，是目前制造石墨烯的最主要方法。不过这种方法在制造过程中会用到大量的浓硫酸，大概1000吨浓硫酸才能制得1吨石墨烯，同时会产生大量的废酸，对环境造成严重的污染。
溶剂剥离法和化学气相沉积法(CVD)比较复杂，其原理太过专业(我才不会承认是我没看明白)，这里就不跟大家细说了。这两种方法的共同的缺点是成本较高。
石墨烯电池技术
目前国内石墨烯行业看似火热，但是很大程度上是依赖氧化还原法这种粗放、不环保的方法，来获取成本相对低廉的石墨烯。类似的情况我们已经见识过很多次了，比如光伏产业，最后的产品是环保的，但是在制造过程中会产生大量的污染，所以国外的产量不大，中国企业一看有利可图，就一窝蜂上马光伏项目，最后中国以牺牲自己的环境为代价向世界提供了廉价的太阳能面板。在石墨烯行业，中国的企业又要再次发扬这种国际主义精神了吗?
石墨烯电池技术
从小我们就被教育，要走可持续发展之路，不能先污染后治理。道理大家都懂，但到了现实当中，依然是每天被污染包围。石墨烯行业不能再重蹈覆辙了，得走一条无污染的正道。那石墨烯行业的正道是什么呢?
科学技术是第一生产力，也是发展石墨烯的正道。中国的石墨烯行业虽然火热，但研究水平并不高。不过，现在的很多中国企业是不差钱的，既然外国人能买咱们的资源，那咱们也能买他们的技术。总部位于香港的正道集团就正在做这件事。
正道集团目前还不为人所知，但是其幕后掌舵者仰融在中国汽车界可是一位传奇性的人物。仰融的正道集团将目标瞄准了当前正火爆的电动汽车，但与那些热衷于大Pad的竞争者不同，正道集团并不突出互联网元素，它的核心在于其石墨烯电池技术。
石墨烯电池技术
正道集团的石墨烯技术得益于与顶尖学术机构的合作，它与美国加州大学洛杉矶分校(UCLA)合作建立了UCLA-正道石墨烯研究中心。这一合作的成果就是以天然气为原料，利用化学气相沉积法(CVD)制造石墨烯，这是一种真正环保的低成本、单层石墨烯大规模量产工艺及技术。
石墨烯电池技术
石墨烯电池技术
有了先进的石墨烯制造技术，正道集团可以说已经拿到了通向电动汽车未来的钥匙。而在应用层面，正道集团正在加快把石墨烯和传统动力电池相结合的步伐。
3 正道的电池技术：从钛酸锂到石墨烯
在电池技术上，正道集团所选择的技术路线是先发展较为成熟的钛酸锂电池;然后以石墨烯对其加以改进，开发出钛酸锂石墨烯电池;最后研发出更加先进的石墨烯锂硫电池。
石墨烯电池技术
钛酸锂电池
正道集团目前的电池产品主要是钛酸锂电池。和常见的磷酸铁锂电池、三元锂电池相比，钛酸锂电池的优势在于：循环寿命长，超过35000次，其它锂电池则小于5000次;工作温度范围广，在-30℃的环境中依然能正常工作;快充能力强，70kWh的电池只需10分钟即可100%充满。但是钛酸锂电池也有其缺点，那就是能量密度低，只能达到80Wh/kg，而三元锂电池的能量密度已经超过了150Wh/kg。
石墨烯电池技术
石墨烯电池技术
基于钛酸锂电池的特点，正道集团在现阶段主要发展纯电动公交车。它们的纯电动公交车不走寻常路，电池电量为70kWh，续航里程仅有50km上下，可供公交车行驶完单程线路。抵达终点后，利用直流快充桩10分钟充满电，就可重新上路了。
石墨烯电池技术
石墨烯电池技术
这种设计对电池电量要求低，一方面有效降低了纯电动公交车的采购成本，要知道，续航250km的电动公交车价格一般在200万元以上;另一方面，减少了电池所占用的重量和空间，提高了电动公交车的载客量。同时，这样一来也规避了钛酸锂电池能量密度低的缺点，充分发挥了其循环寿命长、快充能力强的优势。
国家目前对大功率充电站有很多补贴。按照正道集团的设计，在公交车的终点站需要建一座含3个充电桩、6个充电枪的充电站。建站的成本大约是300多万元，而国家的补贴可以达到200多万元，客户只需要花费几十万元。
钛酸锂石墨烯电池
正道集团已经利用其石墨烯技术方面的优势，对钛酸锂电池加以改进，成功开发出石墨烯增强钛酸锂电池。这种电池能量密度增加到了120Wh/kg，快速充电时间则大幅缩短了70%，低温条件下的性能也进一步增强。
石墨烯锂硫电池
锂硫电池是以硫作为正极材料的一种电池，其理论能量密度高达2600Wh/kg。不够，由于硫的导电性差等原因，锂硫电池还存在许多问题。不过，在其中加入石墨烯之后，锂硫电池的能量密度虽然有所降低，但存在的问题都能得到有效的解决，石墨烯锂硫电池或许就是电动汽车的终极解决方案。
石墨烯电池技术
在石墨烯锂硫电池的研发上，正道集团与美国加州大学洛杉矶分校(UCLA)合作建立的UCLA-正道石墨烯研究中心再次发挥了巨大的作用，该中心目前已经制造出了石墨烯锂硫电池样品，能量密度达到了300 Wh/kg。
石墨烯电池技术
在今后几年之内，正道集团的石墨烯锂硫电池的能量密度还将持续提升。以此为基础，正道集团也将进入乘用车领域，在2018-2020年正式推出采用增程式混合动力的轿车和SUV产品。
未来汽车动力源泉 带你了解电动车电池
编辑点评：电池是电动汽车的核心，也是解决里程焦虑问题的关键。目前三元锂电池、磷酸铁锂电池的进步是一种量变，而石墨烯电池带来的则将是质变。在众多企业的推动之下，这种质变有望早日到来。
