2015-12-22 00:00   來源： 愛卡汽車

[XCAR 科技 原創]

  石墨烯是最近一兩年非常火熱的概念，它已經逐漸取代“納米材料”，成了商家熱炒、媒體報導、老百姓不知所云的又一種高科技。有關石墨烯手機、石墨烯電池之類的報導層出不窮，普通人常常被“充電十分鐘能跑1000公里”、“中東油霸要完“之類的標題所吸引，但是讀罷依然不知道石墨烯到底是個什麼鬼。

  要瞭解石墨烯，就要從石墨烯被發現的過程說起。

  2004年，英國曼徹斯特大學的物理學家安德列·蓋姆和康斯坦丁·諾沃肖洛夫，成功從石墨中分離出石墨烯，兩人也因此共同獲得2010年諾貝爾物理學獎。他們的製備方法聽起來非常不可思議，沒有用到什麼高大上的精密儀器，而是撕膠帶撕出來的。

  這兩位科學家將石墨薄片的兩面粘在一種特殊的膠帶上，撕開膠帶，就能把石墨片一分為二。重複N次之後，薄片越來越薄，最終撕剩下的是僅由一層碳原子構成的薄片，這就是石墨烯。當然，個中過程顯然沒有我們說得那麼輕鬆，要知道1毫米厚的石墨片大約包含300萬層石墨烯。撕膠帶撕出一個諾貝爾獎，這兩位科學家可真太會玩了，跟他們比起來，撕名牌撕兄弟什麼的全都弱爆了。

  從石墨烯被發現的過程裡，我們可以瞭解到石墨烯最突出的一個特點，僅由一層碳原子組成。也就是說，石墨烯是一種網狀的二維材料，而且這張網的厚度僅僅相當於一個碳原子的直徑。同時，這張網上的每一個網格都是正六邊形，正六邊形的每一個角上都是一個碳原子。石墨烯的結構並不複雜，不過科學家告訴我們，得益於這些特點，石墨烯是目前世上最薄卻也是最堅硬的材料，幾乎完全透明。同時它的導電性和導熱性極強，是目前世上電阻率最小的材料。

  眾多的優點決定了石墨烯是一種前景極為廣闊的材料，在各行各業都能得到應用。在電動汽車領域，石墨烯材料除了能夠降低車身重量，更受關注的應用是利用其優良的導電性來提高動力電池的性能。但是在此之前，首先要解決的是石墨烯的製造問題。

一般來說，石墨烯的製造方法包括機械剝離法、氧化還原法、溶劑剝離法，以及化學氣相沉積法(CVD)。

  機械剝離法是一種純物理的手段，比如最初發現石墨烯時撕膠帶，就是一種機械剝離法。這種方法的缺點是生產率極低，無法應用於大規模生產。

  氧化還原法成本較低，是目前製造石墨烯的最主要方法。不過這種方法在製造過程中會用到大量的濃硫酸，大概1000噸濃硫酸才能制得1噸石墨烯，同時會產生大量的廢酸，對環境造成嚴重的污染。

  溶劑剝離法和化學氣相沉積法（CVD）比較複雜，其原理太過專業（我才不會承認是我沒看明白），這裡就不跟大家細說了。這兩種方法的共同的缺點是成本較高。

  目前國內石墨烯行業看似火熱，但是很大程度上是依賴氧化還原法這種粗放、不環保的方法，來獲取成本相對低廉的石墨烯。類似的情況我們已經見識過很多次了，比如光伏產業，最後的產品是環保的，但是在製造過程中會產生大量的污染，所以國外的產量不大，中國企業一看有利可圖，就一窩蜂上馬光伏專案，最後中國以犧牲自己的環境為代價向世界提供了廉價的太陽能面板。在石墨烯行業，中國的企業又要再次發揚這種國際主義精神了嗎？

  從小我們就被教育，要走可持續發展之路，不能先污染後治理。道理大家都懂，但到了現實當中，依然是每天被污染包圍。石墨烯行業不能再重蹈覆轍了，得走一條無污染的正道。那石墨烯行業的正道是什麼呢？

  科學技術是第一生產力，也是發展石墨烯的正道。中國的石墨烯行業雖然火熱，但研究水準並不高。不過，現在的很多中國企業是不差錢的，既然外國人能買咱們的資源，那咱們也能買他們的技術。總部位於香港的正道集團就正在做這件事。

  正道集團目前還不為人所知，但是其幕後掌舵者仰融在中國汽車界可是一位傳奇性的人物。仰融的正道集團將目標瞄準了當前正火爆的電動汽車，但與那些熱衷於大Pad的競爭者不同，正道集團並不突出互聯網元素，它的核心在於其石墨烯電池技術。

  正道集團的石墨烯技術得益於與頂尖學術機構的合作，它與美國加州大學洛杉磯分校（UCLA）合作建立了UCLA-正道石墨烯研究中心。這一合作的成果就是以天然氣為原料，利用化學氣相沉積法（CVD）製造石墨烯，這是一種真正環保的低成本、單層石墨烯大規模量產工藝及技術。

  有了先進的石墨烯製造技術，正道集團可以說已經拿到了通向電動汽車未來的鑰匙。而在應用層面，正道集團正在加快把石墨烯和傳統動力電池相結合的步伐。

在電池技術上，正道集團所選擇的技術路線是先發展較為成熟的鈦酸鋰電池；然後以石墨烯對其加以改進，開發出鈦酸鋰石墨烯電池；最後研發出更加先進的石墨烯鋰硫電池。

  鈦酸鋰電池

  正道集團目前的電池產品主要是鈦酸鋰電池。和常見的磷酸鐵鋰電池、三元鋰電池相比，鈦酸鋰電池的優勢在於：迴圈壽命長，超過35000次，其它鋰電池則小於5000次；工作溫度範圍廣，在-30℃的環境中依然能正常工作；快充能力強，70kWh的電池只需10分鐘即可100%充滿。但是鈦酸鋰電池也有其缺點，那就是能量密度低，只能達到80Wh/kg，而三元鋰電池的能量密度已經超過了150Wh/kg。

  基於鈦酸鋰電池的特點，正道集團在現階段主要發展純電動公車。它們的純電動公車不走尋常路，電池電量為70kWh，續航里程僅有50km上下，可供公車行駛完單程線路。抵達終點後，利用直流快充樁10分鐘充滿電，就可重新上路了。

  這種設計對電池電量要求低，一方面有效降低了純電動公車的採購成本，要知道，續航250km的電動公車價格一般在200萬元以上；另一方面，減少了電池所佔用的重量和空間，提高了電動公車的載客量。同時，這樣一來也規避了鈦酸鋰電池能量密度低的缺點，充分發揮了其迴圈壽命長、快充能力強的優勢。

  國家目前對大功率充電站有很多補貼。按照正道集團的設計，在公車的終點站需要建一座含3個充電樁、6個充電槍的充電站。建站的成本大約是300多萬元，而國家的補貼可以達到200多萬元，客戶只需要花費幾十萬元。

  鈦酸鋰石墨烯電池

  正道集團已經利用其石墨烯技術方面的優勢，對鈦酸鋰電池加以改進，成功開發出石墨烯增強鈦酸鋰電池。這種電池能量密度增加到了120Wh/kg，快速充電時間則大幅縮短了70%，低溫條件下的性能也進一步增強。

  石墨烯鋰硫電池

  鋰硫電池是以硫作為正極材料的一種電池，其理論能量密度高達2600Wh/kg。不過，由於硫的導電性差等原因，鋰硫電池還存在許多問題。而在其中加入石墨烯之後，鋰硫電池的能量密度雖然有所降低，但存在的問題都能得到有效的解決，石墨烯鋰硫電池或許就是電動汽車的終極解決方案。

  在石墨烯鋰硫電池的研發上，正道集團與美國加州大學洛杉磯分校（UCLA）合作建立的UCLA-正道石墨烯研究中心再次發揮了巨大的作用，該中心目前已經製造出了石墨烯鋰硫電池樣品，能量密度達到了300 Wh/kg。

  在今後幾年之內，正道集團的石墨烯鋰硫電池的能量密度還將持續提升。以此為基礎，正道集團也將進入乘用車領域，在2018-2020年正式推出採用增程式混合動力的轎車和SUV產品。

  編輯點評：電池是電動汽車的核心，也是解決里程焦慮問題的關鍵。目前三元鋰電池、磷酸鐵鋰電池的進步是一種量變，而石墨烯電池帶來的則將是質變。在眾多企業的推動之下，這種質變有望早日到來。