Question

电池技术又双叒叕大突破？

Answer 1

2017年12月15日，浙江大学高分子科学与工程学系高超团队研制出的新型铝-石墨烯电池。相关论文Ultrafast all-climate aluminum-graphene battery with quarter-million cycle life发表于Science Advances，第一作者为团队的陈皓博士。据报道，这种电池可以在零下40摄氏度到120摄氏度的环境中工作，可谓既耐高温，又抗严寒。在零下30摄氏度的环境中，这种新型电池能实现1000次充放电性能不减，而在100摄氏度的环境中，它能实现4.5万次稳定循环。这种新型电池还是柔性的，将它弯折一万次后，容量完全保持，而且，即使电芯暴露于火焰中也不会起火或爆炸。 

这种电池的正极是石墨烯薄膜，负极是金属铝。把两片电池串联在一起，就能点亮一组LED灯。经过测试，石墨烯正极的比容量达到120mAh/g（毫安时每克），如果把一次充电—放电作为一次循环，快速充电可1.1秒内充满电，仍具有111mAh/g的可逆比容量。在25万次充放电循环后仍能保持91%的容量，几乎没有电量损失。如果智能手机用上这种电池，每天哪怕充电10次，也能用上近70年。 

　新电池太强大？真实情况是…… 

2015年，斯坦福大学的戴宏杰课题组在Nature杂志发表研究工作，采用高温裂解石墨泡沫来制作正极，首次实现了比容量较高且可长循环的铝离子电池。浙江大学高超教授课题组受此启发，尝试用石墨烯膜来制作铝电池的电极。 

“电池的性能，关键取决于电子和离子在正极和负极之间‘ 奔跑’的状态。”课题组的负责人高超教授说，电极材料要让尽可能多的电子和离子畅通地奔跑，或者快速归位。如果路不够多或者道路拥挤，性能就会受到影响。 

经过一年半摸索和积累，高超团队提出了石墨烯正极材料的“三高三连续”设计原则。“三高”指，微观结构的高质量、高取向、高孔道率；“三连续”指，宏观结构上有连续的导电网络、连续的离子传输通道和连续的离子嵌层通道。这一设计原则上让铝—石墨烯电池的性能向前迈出一大步。之前，铝电池的比容量一直在60mAh/g左右徘徊，可反复充放电次数也在数千次以内。 

　充电电池界的“泰山北斗”——锂离子电池 

目前商用的最普遍的可充电电池是锂离子电池，锂离子电池的概念从1970年被美国的M.S.Whittingham教授首先提出，到1985年被供职于日本旭化成株式会社的吉野彰团队开发成功，再到1991年Sony公司商业化生产，总共经历了20多年时间。 

虽然它相对稳定的表现能满足目前的一般的使用场景，但是金属锂是一种昂贵且活泼的稀有金属。这意味着锂电池的成本注定不会降低到一个非常友好的程度，同时锂电池在很多特殊场合的安全性风险又不得不引发我们的重视，航空业对于锂电池携带和托运的相关规定正是锂电池非常规环境下存在安全顾虑的佐证。 

绿色电池屡爆新突破：至少需要8到10年商业化 

近20年来绿色电池作为新能源行业里的核心产业，受到社会各方追捧，政府加大投资，科研界也热捧。不断爆出发表在国际顶级的期刊Nature，Science上的论文宣称实现了某种技术突破，这些论文的本质是在向世界宣称，他们研制出了一种新的电池材料，或者发现了某种关键的机理。 现在电池工业的发展更多的是靠企业内部的微创新推动的，比如正极材料的配比，材料的涂布技术，电池的组装技术等等这些细节来提高电池的性能和安全性。 说白了，对企业科研来说，知其然就够了，不必知其所以然。重要的是知道怎么办，找到解决方案，而不需要在基础科学层面研究得一清二楚。 

科学研究的目的是为了服务社会的，每一篇发表在期刊上的论文都有它的意义。期刊规定它的意义必须清晰地写在论文的摘要和结论里。但是这些意义都是用严谨的，专业的术语表达的，对于不是这个研究领域的科研工作者都很难看懂，更不要提普通的非科研工作者了。至于媒体上夺人眼球的报道，纯属只是为了吸引人注意罢了。下次再看到这种标题党的新闻就把它当成娱乐新闻就好了。