美國倫斯勒理工學(xué)院的研究人員將世界上最薄的材料石墨烯制成一張紙，然后用激光或照相機(jī)閃光燈的閃光震擊，將其弄成千瘡百孔狀，致使該片材內(nèi)部結(jié)構(gòu)間隔擴(kuò)大，以允許更多的電解質(zhì)“潤濕”及鋰離子電池中的鋰離子獲得高速率通道的性能。這種石墨烯陽極材料比如今鋰離子電池中慣用的石墨陽極充電或放電速度快10倍，未來可驅(qū)動。

　　可充電的鋰離子電池作為行業(yè)規(guī)格產(chǎn)品，用于手機(jī)、筆記本電腦和平板電腦、電動車等一系列設(shè)備中。鋰離子電池具有高能量密度，可以存儲大量的能量，但遭遇低功率密度時則無法迅速接收或釋放能量。為了解決這個問題，該學(xué)院納米材料專家尼基帶領(lǐng)研究小組創(chuàng)建了一種新型電池，不僅可以容納大量能量，還能很快地接收和釋放能量。

　　研究人員說，鋰離子電池技術(shù)的主要障礙在于，有限的功率密度和無法快速接收或釋放大量的能量，而這種在結(jié)構(gòu)設(shè)計上有“缺陷”的石墨烯紙電池可以幫助克服這些障礙。該成果一旦商業(yè)化，將對和便攜式電子產(chǎn)品中新電池和電氣系統(tǒng)的發(fā)展帶來顯著影響。這種電池也可以大大縮短手機(jī)和筆記本電腦等便攜式電子設(shè)備和響應(yīng)器充電所需要的時間。

　　新型電池的解決方案是，先創(chuàng)建一大張石墨烯氧化物紙，其厚度與一張日常打印紙相當(dāng)，并可制作成任何尺寸或形狀，然后將石墨烯紙暴露在激光下和數(shù)碼相機(jī)閃光燈的閃光下。激光或閃光的熱量穿透紙面造成微小爆炸，石墨烯氧化物中的氧原子被驅(qū)逐出結(jié)構(gòu)，石墨烯紙變得滿目瘡痍：無數(shù)裂縫、孔隙、空洞等瑕疵，逸出的氧氣形成的壓力也促使石墨烯紙擴(kuò)大了5倍的厚度，由此，在單個石墨烯片中創(chuàng)建了很大的空隙。

研究人員發(fā)現(xiàn)，這種被損壞的單層石墨烯紙可成為鋰離子電池的陽極，鋰離子使用這些裂縫和孔隙作為捷徑，在石墨烯中快速移進(jìn)移出，極大提高了電池的整體功率密度。他們通過實驗證明，該陽極材料比傳統(tǒng)鋰離子電池中的陽極充電或放電速度快10倍，而不會導(dǎo)致其能量密度的顯著損失，甚至在超過1000個充電/放電周期后仍能持續(xù)成功運行。另外重要的是，石墨烯薄片的高導(dǎo)電性使得電子能夠在陽極進(jìn)行高效傳輸。

　　研究人員說，這些石墨烯紙陽極很容易調(diào)整，可以制作成任意的大小和形狀，而且將其暴露于激光或照相機(jī)閃光燈的閃光下是一種簡單、廉價的復(fù)制過程。他們下一步將用高功率的陰極材料與石墨烯的陽極材料配對，以構(gòu)建一個完整的電池。

　　這項研究結(jié)果發(fā)表在近期美國化學(xué)學(xué)會《ACS納米》雜志上。

第一，在可看見的時間里，要實現(xiàn)純電動汽車、新能源汽車在高速公路上長距離行駛不太現(xiàn)實。從短期看，實現(xiàn)新能源汽車替代以前的汽車在高速公路上長期行駛不太現(xiàn)實，主要瓶頸有幾個原因。我認(rèn)為不應(yīng)該是短期，甚至應(yīng)該是中長期。一個是電池續(xù)航里程成本增加、壽命等相關(guān)問題短期有很大突破。從目前已經(jīng)投放的電動汽車來看，無論從國際的到合資的，到國內(nèi)的，很多汽車電動汽車?yán)m(xù)航里程也都是在150公里以下，這樣的續(xù)航里程它是不可能保證長距離的行駛。另外一個是電池成本增加也是一個重大課題。每一臺乘用車光電池的價格，按照現(xiàn)在的情況要達(dá)到近10萬元。電池的增加要達(dá)到200公斤。據(jù)有關(guān)專家推算，如果電動汽車要具備傳統(tǒng)汽車相競爭的能力，價格要下降目前的1/10。目前來看到2050年，電池將達(dá)到每公斤250瓦時，這是密度很難再提高。如果電動汽車要想獲得更長的續(xù)航里程和更高的行駛速度就要多裝更多的電池組。由此增加了汽車自重，限制其更高的速度和更長的續(xù)航里程，這就陷入了一個“怪圈”。另外一個就是充電時間，充電分快、慢充兩種，普通家轎為例，快充可以充到70%到80%，但是慢充要很長時間?，F(xiàn)在行駛次數(shù)是兩萬到三萬次，與國外水平還有差距。電池要頻繁更換也增加了成本。那么主要因素就是電力動力的瓶頸。縱觀世界技術(shù)發(fā)展，只有這些技術(shù)得到突破才能產(chǎn)生革命性變化。這是客觀規(guī)律。

　　第二，在高速公路服務(wù)區(qū)建設(shè)充電、換電設(shè)施，形成覆蓋也是有相當(dāng)大的難度。高速公路理論上需要加油站1.7萬座，以此作為參考，假設(shè)把加油站全部替換成換電或充電設(shè)施，理論上就是要建立這么多座。每一座的建設(shè)成本、運行維護(hù)成本等等至少要在千萬元以上，如此巨大的投資建設(shè)充電站誰來建？怎樣運行？短期都是問題。目前只能在部分區(qū)域，建立充換電設(shè)施，進(jìn)行示范運行。這就限制了電動汽車的使用范圍。