电池是电动轿车的心脏。虽然现在国家大力推广电动轿车，可是续航路程短、充电时刻长等短板，仍旧阻止着电动轿车很多进入寻常百姓家。现在，越来越多的科研院所和轿车企业正在研制新一代超级电池，以处理动力电池存在的许多问题。
被寄予厚望的“新资料之王”石墨烯总是论题不断。前段时刻，中科院上海硅酸盐所研讨团队研制的石墨烯电池更是引发外界广泛重视。该所研讨员黄富足带领的研讨团队与北京大学、美国宾夕法尼亚大学协作，组成出一种高功能超级电容器电极资料——氮掺杂有序介孔石墨烯。该资料具有极佳的电化学储能特性，除了超快速充放电，它还可以循环充电5万次以上，有望为电池职业带来革命性改变。该效果宣布在美国《科学》杂志上。
“超级电池”看好石墨烯
“从电动轿车诞生那一天起，科学家们就一直在探究用各种新资料和新技能，来进步电池的续航路程。”河北大学新动力轿车研讨中心王涛博士介绍，电动车有100多年的前史，比燃油车还早半个世纪。
据了解，电动车的前史可追溯到1834年，那一年苏格兰人罗伯特·安德森制作了第一辆电动轿车，它由一组不行充电的干电池驱动，只能行进一小段间隔。 1881年，法国工程师古斯塔夫·特鲁夫发明晰以可充电电池——铅酸电池为动力的电动车。19世纪末到20世纪初，电动车进入到开展的黄金时代，法国、英国和美国相继呈现电动车制作公司，电动轿车一度占据了40%的轿车商场。但是，20世纪20时代后，内燃机技能不断更新，再加上燃油轿车行进路程是电动车的3倍，且运用本钱低……这种布景下，电动车很快从欧美轿车商场中消失了。
“铅酸电池体积大、质量重、充电时刻长、续航路程较短，再加上电力传动系统的制作本钱过高级要素困扰，被商场筛选也是必定。”王涛标明，20世纪80 时代至90时代，日本和美国的一些轿车厂家也出产过一系列电动车，但由于大都选用铅酸电池，很难获得质的打破，终究都是稍纵即逝。进入新世纪以来，环境污染、动力日渐干涸等问题不断加重，电动轿车再次成为各大车企要点重视的目标。并且跟着锂离子电池的引进，电动轿车进入又一个飞速开展的黄金时期。“与铅酸电池比较，锂离子电池在续航路程、充电时刻、电池寿数等方面，都有了很大的进步，但仍无法到达与燃油轿车相同的功能。”王涛介绍，现在市面上电动轿车，除了价格贵重的奢华品牌以外，纯电动车所标称的续航路程都在300公里以内。
现在，越来越多的科研院所和轿车企业正在研制下一代超级电池，力求使电动轿车获得打破性开展。
“电池含有正负极、隔板和电解质。它们由不同的资料组成，并且不同的资料组合可以让电池储存不同数量的能量。”王涛标明，电池的升级换代，往往体现在电池资料的更新上。现在，许多研讨机构正在试图用新资料研制超级电池，而石墨烯便是其间一种。
据介绍，石墨烯是从石墨资猜中剥离出来、由碳原子组成的只要一层原子厚度的二维晶体。它是一个网状结构，且具有极限的薄度，电荷在其间可以快速搬迁。也正因如此，许多研讨者将石墨烯看作是一种比较抱负的蓄电池电极资料。
电池功能不断打破
“现在，石墨烯已经在超级电容器、锂空气电池等储能资料的研制中得到运用。”王涛介绍，中科院上海硅酸盐所研讨团队便是运用了石墨烯资料高比外表积、优秀导电率和安稳化学结构特色，组成了超级电容器的新式电极资料。
超级电容器，是介于传统电容器和电池之间的一种电化学储能设备。与电池相似，超级电容器主要由电极、电解液、隔阂和集流体组成，其间的电极是决议超级电容器功能的核心部件。现在常用的活性炭电极是双电层的电荷存储机理，其比外表积大、安稳性好、功率密度高但电容量小(《250法拉/克)，并且现有储能器材中所运用的电解液一般有毒有害、易燃易爆、安全安稳性差。
为破解这一难题，中科院上海硅酸盐所研讨团队打开继续攻关，经过重复实验，组成了氮掺杂有序介孔石墨烯，该资料是石墨烯广义宗族中的一种新结构，具有优异的电化学储能特性，电容量可到达855法拉/克。并且，该团队还研讨了电极资猜中结构与功能之间的联系，发现氮原子在石墨烯中的结构不只影响电极资料的氧化复原电位，还决议了电极资料的电容量。这一重要发现为科研人员规划高电化学活性的电极资料供给了新的思路。
事实上，石墨烯资料已被轿车电池研讨专家广泛选用。日前，剑桥大学化学教授克莱尔格雷和她的团队运用石墨烯资料霸占了锂空气电池开发中的技能难关，相关效果也宣布在《科学》杂志上。
据介绍，锂空气电池经过锂和氧结组成过氧化锂完结放电，再经过施加电流反转这一进程而完结充电。怎么可靠地令上述反响重复产生是该技能面对的应战。克莱尔格雷用石墨烯结构高度多孔、海绵状的碳电极，再参加一些增加剂使之坚持化学安稳，处理了之前的锂空气电池易爆破的问题。并且假如能把该技能从实验室的演示品转变为产品，那么轿车只充一次电就能从伦敦驶到爱丁堡(约650公里)，所用电池的本钱和分量却只要现在锂离子电池的1/5。
此外，韩国三星电子也在进行旨在硅外表增加石墨烯涂层的硅基阳极物质的研讨。他们经过在碳化硅电极的外表涂石墨烯涂层，有效地扩展了阳极的外表积。一起与阴极所运用的锂钴氧化物进行组合，使电池的充电电源的单位体积能量密度有较大的进步，其寿数也增加到锂离子蓄电池的1.5至1.8倍。
“这些研讨效果都标明，在电极中增加石墨烯资料，可以显着改进电池的充电速度、循环安稳性、运用寿数和能量密度。”王涛标明，不论石墨烯能否成为下一代电池的正负极资料，合理正确运用石墨烯这一新资料，可以促进电池向更高功能开展是业界共同认可的。
真实上路需要时日
石墨烯资料在电池上的运用远景毋庸置疑，但是石墨烯电池真实从实验室走向产业化，还有很长的路要走。
