石墨烯，充电一分钟，通话一整天？

贱贱

冬天到了，手机疯了。明明看着还有大把电，可一出门一吹风就回到解放前，过不了多久就死机、关机。为什么手机怕冷？问题出在它的锂电池上。锂电池工作时，锂离子会在正负极之间移动，而低温会让离子活性降低，很快就“跑不动”了，电池可用量迅速下降。怎么办？除了少出门外，有人想出了新招：石墨烯。这些年，不少研究者和商家提出石墨烯电池的概念，表示这种电池容量更大、充电更快、“死”得更慢，堪称划时代的创造。

说起石墨烯，我们可以从初中化学讲起。碳元素的天然存在形式有两种：石墨和金刚石。金刚石是最坚固的碳结构，硬度大、活性差，又名钻石；石墨则是一种深灰色有金属光泽而不透明的细鳞片状固体，质软滑腻，有优良的导电性能，最常见的就是2B铅笔的笔芯。

在石墨中，每个碳原子只与其他三个碳原子以较强的力结合，形成一种层状结构，层与层之间的结合力较小，容易剥离。如果说石墨是一摞A4纸，石墨烯就是其中一张，一张只有一个原子厚度。它是世上最薄、最坚硬、电阻率最小的纳米材料；它独特的能带结构，让电子在上面传导时能量损耗极低。这些特点让石墨烯成为商家眼中的“唐僧肉”。一时间，“充电两分钟，通话一整天”“充电一分钟，续航百公里”等广告语盛行。

不过，要得到“纯种”石墨烯不容易，因为它在自然界无法稳定单独存在，很长时间科研都止步于多层石墨烯。2004年，曼彻斯特大学学者安德烈·海姆和康斯坦丁·诺沃肖洛夫成功分离出单独石墨烯平面，并于2010年获诺贝尔物理学奖。分离法神奇又朴实：用胶带粘住石墨薄片的两侧后撕开，可逐渐减薄石墨烯直至单层。如今，我们可以用氧化还原法等方式生产石墨烯，但要么成本太高、要么层数太多。

事实上，石墨烯的应用很广泛，电路、LED照明、手机或穿戴设备的柔性屏幕等领域都对这种新材料虎视眈眈，但最火热的方向，莫过于将石墨烯和锂电池结合，应用到能源领域，也就是我们俗称的“石墨烯电池”——化学充电电池自诞生以来距今已100多年，无数人希望能克服其能量密度低、充电时间长、循环次数低等缺陷，石墨烯被视为“救星”之一。

然而，这个世界并不存在纯粹的石墨烯电池。石墨烯虽然可以改进电池性能，却无法作为电池的核心材料，它单片时有很多特殊性质，在实际应用中无法完全发挥。所以现实中石墨烯多用于与碳、硅或锡等物质组成复合材料制造电池正负极，或是使用石墨烯作为导电添加剂。因此，与其起名 “石墨烯电池”，不如叫 “摻了石墨烯的锂离子电池/铅酸电池”。加之制程复杂、良率低、成本高等问题，石墨烯电池想要实现工业标准化的量产，道阻且长。

随着电动汽车被热炒，一大堆高新科技名词不断涌现。但我要提醒大家，现在市面上打着量子、纳米、石墨烯等关键词的广告，还得看具体产品，我们要对一些学术炒作运用到商业领域保持警惕。不是有人长戏言嘛：现在搞石墨烯应用最盈利的就是卖设备、卖管式炉的；而消费石墨烯产业最多的，应该还是各高校和研究所吧。