锂电池发展到现在已经遇到瓶颈，市场和消费者都渴望寻找更好的替代品。而前几年出现的石墨烯材料，用于电池方向能获得比传统锂电池更好的性能。石墨烯电池会取代锂电池吗？石墨烯手机电池还有多久能商用？

先了解下石墨烯电池相关：

2010年石墨烯材料的发现者获得了诺贝尔奖，因此这种新型材料开始被大众所熟知。石墨烯虽然还没有正式大规模商用，但是因为产品的特性很突出，相比锂电池来说在使用时间、充电速度以及能量密度上都更强，而被认为是下一代电池核心材料。具体来说，用石墨烯聚合材料做成的电池，能量密度是市面上锂电池的3倍以上，使用寿命是传统锂电池的2倍，充电速度也远远快于普通锂电池。具备非常强的导电性、导热性、极高的硬度、极强的韧性。

而现在的锂电池，虽然是许多数码产品和 汽车 的主要电池，但是在续航性能上已经开始有些吃紧，跟不上市场和消费者的需求。以智能手机来说，一款旗舰手机搭载的锂电池容量在3500mAh左右，重度使用下很难做到一天续航。

锂电池并不是没有升级，这些年小幅度的升级被手机芯片性能提升带来的功耗抵消。

石墨烯电池的原理和优势

石墨烯电池是利用锂离子在石墨烯表面和电极之间快速大量地穿梭、运动，开发出的一种全新电池。可以让电池容量增加50%左右，哪怕是在60摄氏度的高温环境下仍然可以正常工作。充电速度更快，石墨烯甚至十几分钟就可以充满电，续航能力得到极大的提升。

比起普通的锂电池，石墨烯电池不管是容量方面还是在寿命方面都是普通锂电池的好几倍，然而成本却只是锂电池的四分之一。同样容量的石墨烯电池重量也仅仅是锂电池的一半。

除了手机电池，石墨烯还有望改变目前新能源 汽车 市场普遍存在的续航焦虑。

目前新能源 汽车 ，大部分都是电动 汽车 。但是电动 汽车 最大的问题就是续航和充电问题，目前业内做的比较好的特斯拉也仅仅能达到几百公里的理论续航，无法和汽油车相比。在城市拥堵的道路和低温环境等场景，新能源 汽车 续航甚至比不上加油 汽车 。石墨烯电池的出现，就能有很大的改善。

石墨烯电池的优点非常明显，仅仅看优点的话完全可以取代目前的锂电池。

石墨烯电池那么强大，那么为什么还没有出现取代锂电池呢？

原因在于，石墨烯目前依然面临着成本高、研发难度大、量产难度大的一些问题。锂电池虽然续航上不尽人意，但是经过这么多年成熟的发展已经可以大规模、低成本的应用在许多领域。而石墨烯即便在实验室内成功研发，因巨额的产线成本、量产后的品质把控等等一系列原因，都没有办法在短期取代锂电池。

2008年来，随着是手机市场的爆炸式增长，使得手机电池受到业内各方的普遍关注。目前，手机电池已经发展了三代，各方正在积极研制第四代手机电池，最典型当属石墨烯电池，它有望成为下一代手机电池。

第一代镍镉电池，机身的一半被电池所占据，电池重量占到整机的三分之二左右。最显著缺点就是体积大、重量重、携带不便。

第二代镍金属氢电池，又称“环保电池”。它的电量储备是镍镉电池的13-15倍。

第三代锂离子电池，现在普遍使用的就是这款，较之前两款，锂离子电池具有能量密度高、重量更轻。

实验结果显示，以石墨烯为基础的新型耐高温技术可将锂离子电池上限使用温度提高10℃，寿命是普通锂电池的2倍，充电时达到秒级，可以彻底改变现有生活方式。石墨烯电池虽有多种优势，但是眼下存在商用开发资金不足和使用成本高居不下的问题，石墨烯电池也只是达到概念机阶段，要想达到商用阶段还有很长路要走，保守估计还要五年左右时间。

手机发展至今日，锂电池早已不能满足大家对电池的需求，轻薄的手机机身内也无法容纳下更大容量的锂电池，这也是市面上大多数智能手机电池容量只能维持在3000mAh左右的原因。

而作为大家目前比较期待的手机电池替代材料——石墨烯聚合材料电池，能量密度是市面上锂电池的3倍以上，其使用寿命是传统锂电池的2倍，充电速度也远远快于普通锂电池。具备非常强的导电性、导热性、极高的硬度、极强的韧性。

换句话说，如果我们手机中的电池不是锂电池，而是石墨烯聚合材料电池，那么在同样的机身空间内，其容量可从锂电池的3000mAh至少提升至10000mAh，而且你还可以在短短几分钟内完成它的充电，其能量衰减率还远低于锂电池。

虽然石墨烯电池倍受期待，但是真正的高纯度石墨烯电池目前还只存在于实验室当中， 高纯度的石墨烯电池其生产制作工艺、内部构造，与锂电池完全不同。

即便在实验室内成功研发，因巨额的产线成本、量产后的品质把控，与其相关的电源电路管理等等，这些对于厂家来说，都是需要解决的问题。目前依然面临着成本高、研发难度大、量产难度大的一些问题。 而从现状来看，这些都没有得到解决，还无法在短时间内商用。

不过现在已经有一些基于石墨烯材料的锂电池面世。这种电池其本质上还是锂电池，在电池中掺杂了石墨烯材料或是使用石墨烯电极，使其具备更好的散热性、导电性，具备更快的充电速度。

不过三星等很多智能手机品牌，也已经在研发石墨烯电池技术，据悉产品会在2020年前后与大家见面，大家期待吗？

不可以商用 原因是 多数人都不换手机了

根本无法控制制造工艺，单层石墨烯特性清楚明确，但是怎么能造出多层有序且保持石墨烯特性的主材呢？！ 难！未来几十年也做不到！

近日被一条新闻莫名戳中笑点：合肥一19岁男子因没有找到合适工作，心起歹念，在网吧上网时偷了部手机，被民警抓获，不料其落网后也很“委屈”，因为偷来的三星手机还没来得及卖出去，就在他家里莫名自燃了。

对此，众人议论纷纷。有网友调侃说这是新型的远程自毁引爆装置、防盗系统，未来发展新趋势。更有网友神回复：三星都敢偷，这小偷不看新闻吗大多数人则是作祈祷状：珍爱生命，远离三星。

网友们的回复虽然自带调侃，但内心不无惶恐，电池爆炸涉及到人身安全，可不是小问题，可见三星Note7的爆炸事件对三星的影响是非常大的。其实不仅仅是三星，其它品牌的手机发生爆炸的情况也不胜枚举，一件件叠加起来，手机电池的安全问题毫无意外地被推上了风口浪尖。

既然手机的技术在不断地更新，为何电池的安全还会存在如此大的安全隐患三星Note7为什么会爆炸呢三星电子手机业务相关负责人表示：Note7爆炸的主要原因是由于采用了存在缺陷的电池所致。采用三星SDI 锂电池的Note7因电池电芯内部的一个设计缺陷，本身就存在着严重发热甚至爆炸的风险。而消费者最关心的无非是目前电池安全做到什么地步了如何解决安全隐患了解下面这些问题，或许你会对“炸机”有一个全新的认识。

电池结构缺陷

我们日常手机使用的锂电池究竟是什么样的呢目前一般锂电池的结构分为正级、电解液和负极，在电解液和正负极之间会有一层隔膜。锂电池出现发热或者燃烧现象主要是由短路和电流过大两者引起的，过热是锂离子电池发生爆炸最常见的原因。这通常是指外部因素引起热失控，也就是电池某一部分温度升高，进而导致其它部分温度升高，这样，电池发热部分越来越多，形成恶性循环，电池内电解质开始膨胀，蒸汽出现，最终导致电池因内压过大而爆炸。机械损坏是另一个原因，简单来说就是挤压引起短路。

随着手机不断地创新，我们对于手机的轻便性要求也更加极致。更快更薄的用户使用需求，使得手机厂商在锂离子电池在设计上，其外壳和正负级之间的隔膜越来越薄，这就为电池安全埋下了隐患。因为一旦隔膜损坏，就可能会引起短路，导致电芯内部产热。而三星问题电池的问题根源就是这个隔膜，不合格的隔膜有可能造成阴阳极直接接触，这就相当于短路，之后就是自燃，严重点就是爆炸!

那这么长时间以来难道就没有新的电池技术么接下来就来说说在近几年内有望应用到手机上的新的电池技术。

石墨烯对很多人来讲，是一个新鲜名词，而石墨烯电池就是一个超大的电容，它可以快速充电、存储很多电量，然后再以合理的速度放电。这种“电池”不易损坏，而且可以进行数万次充放电循环。石墨诞生于2004年，它既是最薄的材料，也是最强韧的材料，断裂强度比最好的钢材还要高200倍。同时它又有很好的弹性，拉伸幅度能达到自身尺寸的20%，是目前自然界最薄、强度最高的材料，有多种出色的物理、化学特性。

通俗来说，在锂电池中加入石墨烯复合导电粉末，流动的电子在石墨烯中更快，穿过石墨烯表面，就不存在由于手机薄度而导致电池两级隔膜变薄的安全隐患。此外，石墨烯电池充电更快、容量更大、寿命更长。这有望让手机“秒冲”、电动汽车告别几小时充电成为现实。

我国石墨烯材料正处于从实验室走向产业化的关键时期，国内外对石墨烯的研究可谓风起云涌，一个全新产业已经诞生。目前聚碳复材旗下全资子公司聚碳动力已研发出真正意义上的石墨烯电池商业化产品，并于今年年底或明年年初正式上市，首次会应用于电动汽车电源。预计明年上半年还会上市一款苹果伴侣移动电源，在2017年下半年，应用在手机上的石墨烯电源就能和大家见面了，届时手机电池痛点问题也会得到有效解决。 @2019

在消费电子领域，电池容量和充电速度一直都是亘古不变的话题，不少厂商都把充电时间和电池容量作为产品噱头。而放眼全球电子设备市场，已经问世多年的锂电池依旧是这一领域的绝对霸主，市面上几乎所有智能手机都内置了这一电池，就连波音公司的787“梦幻客机”都内置了大量锂电池。

但是，锂电池在安全性、续航能力、环境污染以及充电速度方面存在的巨大短板已经开始严重限制了各大高科技产业的发展，因此许多企业研发部门都将目光放到了更先进的“石墨烯电池”（Graphene cell）上面，并相信这一新型电池未来将彻底取代已经问世超过26年的锂电池。

什么是石墨烯电池？

墨烯(Graphene)是一种由碳原子以sp2杂化轨道组成六角型呈蜂巢晶格的平面薄膜，只有一个碳原子厚度的二维材料。石墨烯目前是世上最薄却也是最坚硬的纳米材料，它几乎是完全透明的，只吸收23%的光，同时也是世界上电阻率最小的材料。

所谓的石墨烯电池是利用锂离子在石墨烯表面和电极之间快速大量穿梭运动的特性，开发出的一种新能源电池。作为目前最薄、最坚硬、导电导热性能最强的一种新型纳米材料，石墨烯的概念自2004年问世以来一直备受关注。

以动力电池领域为例，石墨烯是具有良好应用前景的锂离子电池正负极材料。同时，石墨烯聚合材料电池的重量仅为传统电池50%，成本将比锂电池低77%。从性能来看，石墨烯锂电池充电一次，耗时也不超过10分钟。

由于其独有的特性，石墨烯被称为“神奇材料”，科学家甚至预言其将“彻底改变21世纪”。

理想很美好

众所周知，目前智能手机领域使用最多的电池材料依旧是锂电池，锂电池最早于1991年商用，之后成为电子设备的标配。但很多人认为这项技术已经达到极限，希望寻找替代来源，于是石墨烯电池技术就进入了人们的视线。

目前的消息显示，三星下一代旗舰机型Galaxy S9将使用石墨烯材质电池来取代现有的锂电池。这类电池在相同体积下的电池存储能力大约是锂电池的45%，但却可以在12分钟内完成充满电，而且可以在高达60摄氏度的环境中保持高度稳定性。这也就使得这一材料电池不仅十分适用于智能手机，还非常适用于电动汽车。

据悉，三星研究所已经找到了将石墨烯与二氧化硅大规模结合起来的方法，完成融合的材料被称为“石墨烯球”，有着类似爆米花的结构。研究人员指出，这种技术既提高了电池的稳定性，又提高了电导率，“大大提高了阴极的可循环性和快速充电能力”。更重要的是，它们的能量密度接近800Wh/L，大约与特斯拉所使用的锂离子电池等一样。

外界分析认为，如果三星是全球首家成功将石墨烯材质电池投入量产设备的厂家，那么将使得这家韩国企业在很长一段时间内成为石墨烯材质的独家供应商或者专利持有方，而这对于该公司的营收和全球地位提升也有着巨大帮助。

与此同时，“石墨烯电池”的概念在新能源汽车领域也被反复提及，似乎已成为目前电动汽车电池技术的突破口。石墨烯技术电池被称为“里程碑式的黑科技”，号称能够延长电动车续航里程、电池寿命，同时缩短充电时间。

其中最具代表性的或许就是Fisker（菲斯科）创始人亨利-菲斯科（Henry Fisker）所研发的Fisker EMotion电动车了。Fisker EMotion将采用新的石墨烯电池材料，充电九分钟就可以行驶208公里，最大续航里程达到644公里，最高时速为259公里/小时。该车预计在2020年，率先在英国出售。

此外，国内媒体有报道称浙江大学科学家日前利用石墨烯膜作为正极材料，研发出了一种新型的铝-石墨烯电池。这种电池寿命超长，能在极短时间内充满电，且在零下40℃到120℃的温度范围内都能正常工作。

而且，此次研发出的铝-石墨烯电池还有一些当前其他电池无可匹敌的特性。比如低温至零下40℃，铝-石墨烯电池仍能稳定充放电1000次；高温至100℃，稳定充放电45000次，即使电芯暴露于火焰中也不会起火或爆炸。这一宽温度使用范围为将来铝离子电池在极端温度条件下的使用打下了基础。

此外，这种电池还具备很好的柔性，在1万次弯折后容量依旧可以保持不变，展现出了在可穿戴柔性电子器件中的应用潜力。

英国曼彻斯特大学（University of Manchester）的两位科学家进行了一个看似简单的实验，但其实验结果却可能会改变世界。

当时，研究人员安德烈·海姆（Andre Geim）和康斯坦丁·诺沃肖洛夫（Konstantin Novoselov）正在研究石墨，一种铅笔尖上的物质。石墨是由超薄的纯碳层堆叠而成。实验中，海姆和诺沃肖洛夫想看看他们是否能分离出单层石墨，这是一层几乎不可能的薄层碳层，只有一个原子厚。

所以，他们拿了一卷胶带。是的，就是我们日常使用的透明胶带。他们到底是怎么做的呢？我们来看看海姆对这次实验的技术描述：

“把（胶带）粘在石墨或云母上，剥掉最上面的一层。会有石墨薄片脱落在你的胶带上。粘在上面的胶片上，再把它们分开。然后重复这个过程10到20次。每一次，胶片都会分裂成越来越薄的薄片。最后，你的胶带上会剩下非常薄的石墨片。最后，你把胶带溶解掉，一切就都解决了。”

如此简单的胶带法居然奏效了！通过隔离单层碳薄片，海姆和诺沃肖洛夫制备出了一种名为石墨烯的全新材料。现在，石墨烯被认为是地球上最强、最轻、导电能力最好的物质。

2010年，海姆和诺沃肖洛夫因发现石墨烯而共同获得了诺贝尔物理学奖，世界各地的研究人员也开始呼吁如何利用这种非凡的“超级材料”来制造更强大和更持久的电池、更快的微芯片、更灵活的电路、可植入的生物传感器等等。

十年后的今天，虽然石墨烯还没有实现它大肆宣传的承诺，但业内人士相信，在未来几年，我们最终将看到智能手机、电动汽车和传感器使用基于石墨烯的技术。

一层石墨烯的厚度仅为一个原子，它符合了超级材料的所有特性：

左边的小瓶是石墨，中间的小瓶是石墨膨胀的，而右边的小瓶是石墨烯。

石墨烯的超能力来自其结构。如果你能把它放大到足够近的距离，你会看到一片石墨烯看起来像一个原子尺度的蜂巢。单个碳原子排列成类似铁丝网的六角形。石墨烯片中的每个碳原子都与其他三个碳原子共价结合，这赋予了这种材料难以置信的强度。

那为什么石墨烯导电如此之好呢？再说一次，还是因为这些碳原子的键合方式。每个碳原子的外壳中有四个电子，但只有三个电子与邻近的三个碳原子共享。剩下的电子被称为π电子，可以在三维空间中自由运动，这使得它可以几乎没有电阻地在石墨烯薄片上传递电荷。事实上，石墨烯是室温下任何已知物质中导电速度最快的。

最近的一项发现又给石墨烯这种神奇材料增添另一个超级能力。顶级科研刊物《自然》（《Nature》）杂志连刊两篇由麻省理工学院（MIT）博士生曹原主笔的论文，宣告了石墨烯超导电性的研究新突破。随后，麻省理工学院（MIT）的一个研究小组据此理论试验了双层石墨烯（两层单原子石墨烯堆叠在一起），验证了石墨烯的这种几乎神奇的新特性。当这些层彼此旋转稍微偏离时（精确到11度），石墨烯就变成了超导体。而超导体是最稀有的一类导电材料，它可以完全无电阻、零热量地导电。

石墨烯“神奇角度”的发现在科学界引起了轩然大波。尽管，实验是在极端低温下进行的（接近0开尔文或零下45967华氏度），但它开启了将石墨烯与其他超导元素结合的可能性，我们比以往任何时候都更接近室温超导。这一成就将极大地提高所有东西的能源效率，从小玩意到汽车，再到整个电网。

多年来，消费者一直在急切地等待石墨烯电池。我们很多电子设备中的锂离子电池充电相对较慢，而且很快就会失去能量，经过一定数量的循环后就会耗尽。这是因为为锂离子电池供电的电化学过程会产生大量热量。

但由于石墨烯是世界上效率最高的导电体，它在充电或放电时产生的热量要少得多。石墨烯电池的充电速度有望是锂离子电池的5倍，电池寿命是锂离子电池的3倍，在需要更换之前的循环次数是锂离子电池的5倍。

三星（Samsung）等电子公司正在积极开发用于智能手机和其他电子产品的石墨烯电池，但最早将在2021年上市。至于在电动汽车中使用石墨烯电池 —— 它可以极大地增加汽车的行驶里程 —— 这可能还需要几年的时间。整个行业已经建立在锂离子技术之上，这个格局并不会在一夜之间发生改变。

业内人士表示，电池行业非常保守，它可能每5到10年才会改变电池的成分几次，这使得在这个行业推出新产品非常困难。

市场上虽然有几种基于石墨烯的电池，包括来自一家名为Real Graphene的公司的有线和无线充电器，但这只是冰山一角。来自Graphene Flagship的科学技术官表示，该公司已经和欧盟达成10亿欧元的合作项目，旨在加快石墨烯技术的发展。 Flagship的研究合作伙伴已经在制造石墨烯电池，其容量和能耗分别比当今最好的高能电池高20％和15％。 其他团队已经建立了基于石墨烯的太阳能电池，将太阳光转化为电能的效率提高了20％。

虽然石墨烯电池可能是第一个上市的，但研究人员正忙于开发这种神奇材料的无数其他应用。

生物传感器非常重要。想象一下，一种非常薄的柔性芯片可以被注射到血液中，以监测实时健康数据，比如胰岛素水平或血压。或者是一个石墨烯接口，它来回地向大脑发送信号，以检测即将到来的癫痫发作，甚至阻止它。薄的、可伸展的传感器也可以戴在皮肤上或编织到衣服的面料上。

光子学是另一个已经加入石墨烯的领域。通过将石墨烯集成到光敏芯片中，相机和其他传感器可以极大地提高对可见和不可见光谱中最微弱光波的灵敏度。这不仅会提高相机和望远镜的成像质量，也会提高医学图像的质量。

过滤是石墨烯的另一个很有前途的应用。用石墨烯聚合物建造的简单净水过滤器，可以结合饮用水中的有机和无机污染物。研究人员还创造了基于石墨烯二极管的海水淡化技术，可以从农业和其他用途的海水中去除60%以上的盐。

所有这些发展都需要时间，但是科学家相信石墨烯会达到它的宣传效果。事实上，科学家同样对其他2000种单层材料尚未被发现的特性感到兴奋，这些材料也将被分离出来，如采用胶带法或其他方法。

虽然，我们说的是石墨烯，但实际上我们谈论的是正在探索的大量未知材料的开发和应用。一切正朝着正确和美好的方向发展着。