中科院石墨烯電池：充電7s續(xù)航35km 商用化仍需時(shí)日

　　日前，國(guó)內(nèi)媒體發(fā)布了一條讓電動(dòng)車(chē)廠商倍感興奮的消息，該消息稱(chēng)：“中科院上海硅酸鹽所科學(xué)家成功研制出一種高性能超級(jí)電容器電極材料——氮摻雜有序介孔石墨烯?！辈⒈硎?，”該材料具有極佳的電化學(xué)儲(chǔ)能特性，可用作電動(dòng)車(chē)的‘超強(qiáng)電池’：充電只需7秒鐘，即可續(xù)航35公里?！睋?jù)悉，相關(guān)研究成果已于18日發(fā)表在世界頂級(jí)學(xué)術(shù)期刊《science》上。聽(tīng)上去很厲害的樣子，不過(guò)先別急著激動(dòng)，關(guān)于這個(gè)新材料及應(yīng)用，這里還有幾件事，你或許需要知道。

　超級(jí)電容可以帶我們飛了?

　　所謂的超級(jí)電容器，據(jù)介紹：“是介于傳統(tǒng)電容器和電池之間的一種電化學(xué)儲(chǔ)能裝置。由于具有功率密度高、循環(huán)壽命長(zhǎng)、安全可靠等特點(diǎn)，現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于混合電動(dòng)汽車(chē)、大功率輸出設(shè)備等多個(gè)領(lǐng)域?！钡鹊?，既然這么厲害?為何隨手一搜，大部分的電動(dòng)汽車(chē)主要采用的還是電池呢?比如特斯拉的鋰電池(大部分都是)、豐田Prius的鎳氫電池等。原因在于超級(jí)電容的能量密度太低了。能量密度低，就意味著滿足實(shí)際需求的電容體積會(huì)非常大。而正如報(bào)道所說(shuō)，找到理想的材料，使得超級(jí)電容器兼具高功能、高能量，一直是科學(xué)家們努力的方向。

　　據(jù)science上文章顯示，此番研究出的新材料，在能量密度上能達(dá)到鉛酸電池的41wh/kg同時(shí)功能性又不錯(cuò)，的確是不小的一個(gè)進(jìn)步了。不過(guò)就實(shí)用性而言，以特斯拉為例，目前的特斯拉Model S采用的是來(lái)自松下的18650電池，其能量密度為233wh/kg，而一輛特斯拉Model S上電池，重達(dá)900公斤，掐指一算，背著5000多公斤的電池跑起來(lái)，感覺(jué)似乎還是沒(méi)有那么美好。事實(shí)上，現(xiàn)在的超級(jí)電容在電動(dòng)汽車(chē)中，都是作為電池的從屬，起輔助作用。而秒充這件事，其實(shí)快充快放，一直就是超級(jí)電容的一大優(yōu)勢(shì)所在，然而能量密度的問(wèn)題若不能得到解決，一切就只不過(guò)聽(tīng)上去很美好。

　　值得一提的是，在science的文章中，并不能找到“充電只需7秒鐘，即可續(xù)航35公里”的相關(guān)數(shù)據(jù)，不知這一信息從何而來(lái)。

　　石墨烯?還是類(lèi)石墨烯碳材料?

　　　　事實(shí)上，近年來(lái)，類(lèi)似的報(bào)道頗多，什么“新一代超級(jí)電容 幾分鐘充滿可跑500公里”，知乎上也有不少“如何評(píng)價(jià)‘某某研發(fā)出一分鐘充滿電新電池!’這一新聞? ”每次相關(guān)研究已出，總是新聞帶動(dòng)起業(yè)內(nèi)相關(guān)人士的一陣興奮，但是，從研發(fā)到實(shí)際生產(chǎn)使用的距離有多遠(yuǎn)?知乎上一名同學(xué)就此次新材料所作的回答或值得思考。下文摘自知乎答主：清華大學(xué)能源互聯(lián)網(wǎng)創(chuàng)新研究院副研究員，劉冠偉博士(知乎ID 弗雷劉)。

　　實(shí)驗(yàn)室中的性能突破，但說(shuō)工業(yè)化還為時(shí)尚早

　　本文在炭基材料超級(jí)電容器上，通過(guò)摻氮，使得有序介孔炭材料具有了電化學(xué)活性，具有贗電容的工作能力，而且在能量密度上達(dá)到了鉛酸電池的41Wh/kg，功率更是保持了超級(jí)電容中一貫的優(yōu)勢(shì)。文章中詳細(xì)的表征了該材料的電化學(xué)性能，在不同種電解液中的工作能力，反應(yīng)機(jī)理等等，此處我也不一一詳解了，總之，說(shuō)它在超級(jí)電容領(lǐng)域，實(shí)現(xiàn)了突破，是不夸張的。

　　但是說(shuō)它想要實(shí)用化呢?我這里有幾個(gè)問(wèn)題。

　　(1)成本

　　文章中使用的制備工藝1是典型的模板法：

　　用SiO2模板，然后CVD用CH4和NH3做碳氮源，長(zhǎng)出材料，再用氫氟酸腐蝕掉模板，得到材料，不僅如此，之后還要用濃硝酸處理，提高氮含量。

　　你知道這套工藝量產(chǎn)材料有多貴么?你知道這套工藝量產(chǎn)材料有多貴么?你知道這套工藝量產(chǎn)材料有多貴么?重要的事情要說(shuō)三遍。