雖然我們的電子產(chǎn)品越來(lái)越小，功能也越來(lái)越強(qiáng)大，但商用電池的發(fā)展卻沒(méi)有跟上步伐。

大多數(shù)人都聽(tīng)說(shuō)過(guò)鋰離子電池。它們幾乎存在于所有的移動(dòng)電子設(shè)備中——從你的手機(jī)和筆記本電腦，到飛機(jī)甚至宇宙飛船上的備用電源。

然而，令人驚訝的是，盡管需求巨大，鋰離子電池的基本設(shè)計(jì)在最近幾年仍然大體相似。電池壽命往往是許多現(xiàn)有和實(shí)驗(yàn)應(yīng)用的制約因素。這對(duì)于電動(dòng)車(chē)等未來(lái)技術(shù)的發(fā)展，以及風(fēng)能和太陽(yáng)能等可再生能源的高容量存儲(chǔ)都是至關(guān)重要的。

事實(shí)上，由于開(kāi)發(fā)新電池的進(jìn)展相對(duì)緩慢，許多電子產(chǎn)品制造商開(kāi)始試圖降低或維持產(chǎn)品的電力需求，以尋求一種平衡。

這并不是說(shuō)沒(méi)有對(duì)新能源儲(chǔ)存技術(shù)的研究。事實(shí)上遠(yuǎn)非如此。在過(guò)去的幾十年里，這一領(lǐng)域的研究呈爆炸式增長(zhǎng)。不出所料，其中很大一部分都是圍繞著改進(jìn)鋰離子電池展開(kāi)的。新的“神奇材料”石墨烯也被認(rèn)為是解決這一問(wèn)題的關(guān)鍵。石墨烯具有許多有趣的特性，這使得研究人員建議要么修改鋰離子電池的組件，要么使用石墨烯作為儲(chǔ)能介質(zhì)，作為有前途的解決方案。

石墨烯還被用于開(kāi)發(fā)電力需求極低的電子設(shè)備。這是可能的(部分原因)，因?yàn)榧兪┰谑覝叵碌碾娮杪适撬幸阎牧现凶畹偷摹杉兪┲瞥傻钠骷热魏纹渌牧?在室溫下)的導(dǎo)電效率更高。因此，很少有能源被浪費(fèi)。

用石墨烯制造的設(shè)備不會(huì)遇到當(dāng)前電子產(chǎn)品所面臨的加熱問(wèn)題——它們可以在溫度幾乎沒(méi)有上升的情況下無(wú)限運(yùn)行。

高溫對(duì)電子設(shè)備有害;這意味著能源正在被浪費(fèi)，而且隨著溫度的升高，它往往會(huì)進(jìn)一步降低設(shè)備的效率。純石墨烯實(shí)際上消除了這類(lèi)能量損失，這使得用它生產(chǎn)的設(shè)備非常節(jié)能。對(duì)于消費(fèi)類(lèi)電子產(chǎn)品來(lái)說(shuō)，這可能意味著更強(qiáng)大的設(shè)備和更長(zhǎng)的電池續(xù)航時(shí)間——這是一個(gè)雙贏(yíng)的局面。

此外，研究表明，使用石墨烯替代或增強(qiáng)鋰離子電池組件，可以顯著提高電池的能量密度和壽命。一種流行的技術(shù)是用石墨烯制造鋰離子電池中的陽(yáng)極或陰極。下一個(gè)電池可能是超級(jí)電容器。

石墨烯可以幫助電池在移動(dòng)過(guò)程中充電

各種尺寸的超級(jí)電容器

另一種技術(shù)是利用石墨烯本身作為儲(chǔ)能介質(zhì)。這種電池已被用于制造超級(jí)電容器——可能是鋰離子電池未來(lái)最強(qiáng)的競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手，而鋰離子電池的使用需要非?？斓某潆姇r(shí)間，比如電動(dòng)車(chē)。這可以說(shuō)是他們的關(guān)鍵特征。

超級(jí)電容器從完全放電到充滿(mǎn)電比鋰離子電池快幾個(gè)數(shù)量級(jí)。在這種情況下，石墨烯的大面積是很重要的，因?yàn)榭梢詢(xún)?chǔ)存的電荷量與石墨烯原料的表面積有關(guān)。所以石墨烯是理想的。盡管超級(jí)電容器有潛力挑戰(zhàn)無(wú)處不在的鋰離子電池，但目前的超級(jí)電容器總是太大、太貴，無(wú)法替代它們?cè)谙嗤淖饔?。然而，原型表明超?dǎo)體可能在不久的將來(lái)滿(mǎn)足替換傳統(tǒng)電池的必要要求。最終，這些原型機(jī)的挑戰(zhàn)在于大規(guī)模生產(chǎn)的能力，以滿(mǎn)足消費(fèi)電子行業(yè)的需求。

迄今為止，基于石墨烯的解決方案一直難以大規(guī)模生產(chǎn)，這在一定程度上要?dú)w功于分離高質(zhì)量石墨烯的難度。盡管如此，能源儲(chǔ)存和節(jié)能技術(shù)的前景還是光明的。無(wú)論石墨烯最終是否在這場(chǎng)革命中發(fā)揮作用，很明顯，對(duì)這些技術(shù)的研究最終將導(dǎo)致引入更廉價(jià)、更耐用、容量更高的產(chǎn)品。

毫不夸張地說(shuō)，下一代能源存儲(chǔ)設(shè)備將帶來(lái)一場(chǎng)能源革命，這可能有助于迎來(lái)全電動(dòng)汽車(chē)時(shí)代、大規(guī)?？稍偕茉窗l(fā)電時(shí)代以及我們對(duì)化石燃料的依賴(lài)的終結(jié)。