冷静点！石墨烯“快充快放”还没来

赖太平

“黑金”“新材料之王”“彻底改变21世纪的黑科技”这些盛誉指的都是同一样东西——石墨烯。华为创始人任正非在接受媒体采访时曾表示，未来十年到二十年内会爆发一场技术革命，石墨烯时代将会颠覆硅时代，石墨烯是技术革命前沿。

石墨烯的潜力是毋庸置疑的。然而今年12月，有“充电10分钟，续航1000公里的石墨烯电池来袭”等报道出现，这消息随后受到了多个专家的质疑，在这样夸大报道的背后，石墨烯产业更是一片“炒作”乱象！

只是理论上的可能

今年12月中下旬，三星发布了一则报告称目前已研发出了基于石墨烯材料的新电池技术，这种基于石墨烯材质所造的电池将会比目前市面上的普通电池高出45%的容量，能够在提高容量的同时拥有比标准充电速度快5倍的充电速度。这则消息在传播中逐渐被媒体解读成“充电10分钟能跑1000公里”。听起来很美好，但这一解读实际上已经大限度地超越了真实情况。

中国科学院院士刘忠范解释，目前大部分石墨烯在电池的应用都是将10%左右的石墨烯掺和在锂电池上，如此确实可以降低内阻，提升性能，从而使得充电变得更快，容量更高。不过，这样的效果仅限于实验室里面，在现实中想要真正的实现面临的问题还很多。

首先，就技术层面而言，实验中使用的电池是一小节锂电池，实际情况中一旦所使用的电池变成了大堆的集成电池，能否达到提升性能的效果？提升多少？这些就很难确定了。

另外，既然谈到应用，安全就是一个必须考虑的问题，尤其是电池。撇开快充能不能实现不说，目前这样的电池安全性完全没有保障。石墨烯在概念定义和标准上，甚至都尚未达成统一，处理方式不一样，产生的性能就有所不同，甚至前后两天做出来的性能都会有差别，谈应用根本就是天方夜谭。

所谓的“充电10分钟能跑1000公里”只是媒体的夸大解读而已，现在就谈论石墨烯电池的性能，为时尚早了。

石墨烯为何大热？

石墨烯是一种只有一个原子厚的二维碳膜，虽然名字里有“石墨”两个字，但是它既不依赖石墨储量也完全不是石墨的特性。2010年，俄罗斯物理学家康斯坦丁·诺沃肖洛夫因为发现石墨烯而被授予了诺贝尔物理学奖。

简单的说，石墨烯是一种性能非常惊人的材料，它既可以做保护涂层，本身还是透明可弯折电子元件，同时可以变为超大容量电容器。此外，它还是目前科学界发现的最薄、强度最大、导电导热性能最强的一种新型纳米材料。

巨大的利益驱使下，近两年来国内对石墨烯的热衷持续居高不减，甚至出现了众多“石墨烯概念股”。早在2016年中旬，科技日报就报道：目前国内对石墨烯的热度非常高，一方面科研经费比较充分，这对科研人员是机遇，而未来有可能会像美国一样“僧多粥少”，申请科研经费的要求变得愈加严格；另一方面，出现一些概念混淆，石墨烯产品尚未出场而其股票疯涨的乱象，这会使青年学者内心纷乱浮躁，只想快赶猛上出成果和效益。

尚未攻克的难题

制备 目前，石墨烯的制备方法主要包括机械剥离法、外延生长法、氧化石墨还原法、气相沉积法等，这些制备过程大都会产生大量的环境污染。有石墨烯企业透露：“每生产一吨石墨烯，需要40～50吨硫酸，120～150吨新鲜水，会产生大量的废酸垃圾。”

电学性能 石墨烯一个很重要的应用方向是电子设备的触屏，但是在技术上还存在一个很棘手的难题——石墨烯和金屬电极的接触点电阻。现代电子产品全部是建筑在半导体晶体管之上，而它有一个关键属性称为“带隙”：电子导电能带和非导电能带之间的区间。

正因为有了这个区间，电流的流动才能有非对称性，电路才能有开和关两种状态。可是，石墨烯的导电性能实在太好了，它没有这个带隙，只能开不能关。目前针对这个领域的研究办法包括多层复合材料、添加其他元素、改变结构等等。诺沃肖洛夫等人认为这个问题要真正解决，还要至少十年。

毒性 目前石墨烯最成熟的产品是一种叫“氧化石墨烯纳米颗粒”的东西，它可以作为电子纸，不过是有毒的，研究者发现它在地表水里极易扩散，对环境存在很大的威胁。

国内有太多借着石墨烯概念炒作的企业，以至于掩盖了石墨烯真正应该被关注的研究价值，这层泡沫亟待褪去。（编辑/有庆）endprint