石墨烯是一种碳原子以蜂窝格子结合在一起的薄片，由于其所具有的无数惊人的属性而被广泛认为是“神奇材料”。 它是一种有效的电能和热能导体，具有极其轻质的化学惰性，并且具有很大的表面积。 它也被认为是生态友好和可持续的，为众多应用提供无限的可能性。

在电池领域，当用石墨烯增强时，常规电池电极材料（和预期电极材料）显着改善。 石墨烯可以制造轻质，耐用且适合大容量储能的电池，并缩短充电时间。 它将延长电池的使用寿命，这与涂覆在材料上或添加到电极上以获得导电性的碳量负相关，并且石墨烯增加了导电性，而不需要常规电池中使用的碳量。

石墨烯可以改善电池属性，如能量密度和各种形式。 通过将石墨烯引入电池的阳极并充分利用材料的导电性和大表面积特性来实现形态优化和性能，可以增强锂离子电池的性能。

也已经发现，创建混合材料对于实现电池增强也可能是有用的。 例如，氧化钒（VO 2 ）和石墨烯的混合物可以用于锂离子阴极，并且实现快速充电和放电以及大的充电循环耐久性。 在这种情况下，VO 2提供高能量容量但导电性差，这可以通过使用石墨烯作为附着VO 2的结构“骨架”来解决 - 产生具有提高的容量和优异的导电性的混合材料。

另一个例子是LFP（磷酸铁锂）电池，这是一种可充电锂离子电池。 它具有比其他锂离子电池更低的能量密度，但功率密度更高（电池能量供给速率的指标）。 用石墨烯增强LFP阴极可以使电池重量轻，比锂离子电池充电快得多，并且比传统的磷酸铁锂电池容量更大。

除了彻底改变电池市场外，石墨烯电池和超级电容器的结合使用可以产生惊人的结果，如提高电动汽车行驶里程和效率的着名概念。

电池基础知识

电池可作为移动电源，使电动设备无需直接插入插座即可工作。 尽管存在许多类型的电池，但它们起作用的基本概念仍然相似：一个或多个电化学电池将存储的化学能转化为电能。 电池通常由金属或塑料外壳制成，其包含正极端子（阳极），负极端子（阴极）和允许离子在它们之间移动的电解质。 隔膜（可渗透聚合物膜）在阳极和阴极之间形成阻挡层以防止电短路，同时还允许在电流通过期间传输需要闭合电路的离子电荷载体。 最后，收集器用于通过连接的设备在电池外传导电荷。

当两个端子之间的电路完成时，电池通过一系列反应产生电力。 阳极经历氧化反应，其中来自电解质的两种或更多种离子与阳极结合以产生化合物，释放电子。 同时，阴极经历还原反应，其中阴极物质，离子和自由电子结合成化合物。 简而言之，阳极反应产生电子，而阴极中的反应吸收它们并从该过程产生电。 电池将继续产生电力，直到电极用完反应所需的物质。

电池类型和特性

电池分为两种主要类型： 一次电池（一次性）一次使用，因其中的电极材料在充电过程中不可逆地改变而变得无用。 常见的例子是锌碳电池以及用于玩具，手电筒和多种便携式设备的碱性电池。 二次电池（可充电）可以多次放电和重复充电，因为电极的原始组成能够重新获得功能。 例子包括用于车辆的铅酸电池和用于便携式电子产品的锂离子电池。

电池有各种形状和大小，可用于无数不同的目的。 不同种类的电池显示出不同的优点和缺点。 镍镉（NiCd）电池的能量密度相对较低，用于长寿命，高放电率和经济价格的关键。 它们可以在摄像机和电动工具中找到，以及其他用途。 NiCd电池含有有毒金属，对环境不友好。 镍金属氢化物电池比NiCd电池具有更高的能量密度，但循环寿命更短。 应用程序包括手机和笔记本电脑。 铅酸电池很重，在大功率应用中起着重要的作用，重量不是最重要的因素，而是经济价格。 它们普遍用于医院设备和应急照明等用途。

锂离子电池用于高能量和重量最轻的场合，但技术脆弱，需要一个保护电路来确保安全。 应用程序包括手机和各种电脑。 锂离子聚合物（锂离子聚合物）电池大多存在于手机中。 它们重量轻，比锂离子电池的体积更轻薄。 他们通常也更安全，寿命更长。 然而，由于锂离子电池的制造成本更低且能量密度更高，因此它们似乎并不普遍。

电池和超级电容器

虽然有某些类型的电池能够储存大量的能量，但它们非常大，很重并且缓慢释放能量。 另一方面，电容器能够快速充电和放电，但比电池的能量少得多。 然而，石墨烯在这一领域的应用为储能提供了令人兴奋的新的可能性，其充电和放电率高，甚至经济实惠。 因此石墨烯改进的性能模糊了超级电容器和电池之间的传统差异。

商用石墨烯增强型电池产品

石墨烯电池具有令人兴奋的潜力，虽然它们还没有商业可用，但研发是密集型的，并有望在未来取得成果。

2016年11月， 华为发布了一款新型石墨烯增强型锂离子电池 ，该电池可以在较高的温度下保持功能（60度，而不是现有的50度极限），并且运行时间更长 - 比以前电池。 为了实现这一突破，华为引入了几项新技术 - 包括电解质中的抗分解添加剂，化学稳定的单晶阴极 - 以及石墨烯以促进散热 。 华为表示，石墨烯将电池的工作温度降低了5度。

2014年6月，美国Vorbeck Materials公司宣布推出Vor-Power背带 ，这是一种轻便灵活的电源，可连接到任何现有的背带上，以实现移动充电站（通过2个USB和1个微型USB端口）。 该产品重450克，提供7,200 mAh，可能是世界上第一个石墨烯增强型电池。

2014年5月，美国公司Angstron Materials推出了几种新型石墨烯产品 。 据称这些产品大约在2014年底左右上市，其中包括一系列用于锂离子电池的石墨烯增强型阳极材料。 这些电池材料被命名为“NANO GCA”，并且应该产生高容量阳极，通过将高容量硅与机械增强和导电石墨烯结合，能够支持数百次充电/放电循环。

石墨烯电池市场报告

电动车用石墨烯电池领域也取得了进展。 Henrik Fisker 宣布其 2016年11月亮相的将推出石墨烯增强型电池的新EV项目 ，希望成为特斯拉的竞争对手。 据报道，这款名为EMotion的电动跑车的最高时速达到了每小时161英里（259公里），电力范围达到了400英里 。

2014年8月， 特斯拉建议开发一种“新电池技术”，这种技术的容量几乎是S型电动车的两倍 。 假设石墨烯参与这种电池是非官方的但合理的。

英国的Perpetuus Carbon Group和OXIS Energy于2014年6月同意共同开发用于锂硫电池的石墨烯基电极 ，这将提高能量密度，并可能使电动汽车在单次充电时驱动更长的距离。

2014年9月，美国石墨烯3D实验室宣布了另一项有趣的事业，该公司计划打印3D石墨烯电池。这些基于石墨烯的电池可能会胜过目前的商用电池，并且可以根据不同的形状和尺寸量身定制。

石墨烯不光在电池这块有应用前景，在诸多方面都有不错的发挥余地，人类的智慧无穷无尽，相信未来石墨烯的各种产品会逐渐融入我们的生活。重庆元石盛石墨烯薄膜产业有限公司拥有自主知识产权，生产的石墨烯透明导电膜拥有众多优异的性能。详情尽在www.firstene.com。