什么是石墨烯？石墨烯何時(shí)能代替手機(jī)鋰電池？
來源：寶鄂實(shí)業(yè)
2019-04-07 21:01
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石墨烯到底是什么？
石墨烯是一種新型的二維材料。
那什么是二維呢？
我們知道，我們?nèi)祟惿钤谄渲械目臻g是三維的，每一個(gè)墻角都有3個(gè)相互垂直的方向，這就是三維空間的基本特征。
而對(duì)于一張紙來說，如果我們不考慮紙張的厚度，那么這張攤平了的紙可以用一個(gè)平面直角坐標(biāo)系來覆蓋，紙上的每一個(gè)點(diǎn)都有一個(gè)坐標(biāo)，這個(gè)坐標(biāo)只需要（X,Y)兩個(gè)數(shù)字就夠了，所以，一張紙是二維的。
石墨烯與紙也差不多，但石墨烯比紙張更薄，石墨烯的厚度可以看成近似為零，因?yàn)樗皇且粚訂卧邮?。單個(gè)原子的半徑在1個(gè)納米左右，所以石墨烯可以被看成是一種納米材料。
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石墨烯是20年前由英國曼徹斯特大學(xué)教授安德烈·海姆以及他的研究生們發(fā)現(xiàn)的。據(jù)說當(dāng)時(shí)安德烈·海姆讓他手下的一位中國留學(xué)生尋找石墨烯，但這個(gè)中國研究生做了幾個(gè)月，分離出來的石墨的厚度始終停留在微米量級(jí)，距離納米級(jí)別的單層石墨還有1000倍的差距。
就在這個(gè)進(jìn)退兩難的窘境里，安德烈·海姆的博士后康斯坦丁·諾沃肖突發(fā)奇想，他想到用膠帶紙來撕石墨片層，最終也許可以得到單層石墨烯。他們就是用這樣一個(gè)很“幼稚”的點(diǎn)子，制備出了世界上第一個(gè)二維的晶體物質(zhì)石墨烯。
這個(gè)項(xiàng)目在得到了2010年的諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)后,引起了產(chǎn)業(yè)界的極大興趣。
對(duì)于三星來說，他們宣布造出了石墨烯電池,這個(gè)新的石墨烯電池最大的優(yōu)點(diǎn)是安全性和極高的充電速度。
什么是石墨烯電池？
石墨烯是一種由碳原子以sp2雜化軌道組成六角型呈蜂巢晶格的平面薄膜，這個(gè)薄膜的厚度只有一個(gè)碳原子的直徑。
正如中國三星在微博里指出的那樣，石墨烯電池是利用鋰離子在石墨烯表面和電極之間快速大量穿梭運(yùn)動(dòng)而開發(fā)的一種電池。
據(jù)相關(guān)介紹，石墨烯電池12分鐘就可以充滿3000mAh+容量電池，因此可以實(shí)現(xiàn)真正的“快速充電”。
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那么，為什么鋰離子可以在石墨烯表面之間快速穿梭呢？
公開資料顯示，石墨烯的導(dǎo)電速度是硅的140倍，所以從這個(gè)意義上來說，快速充電也許與石墨烯的導(dǎo)電速度有關(guān)。
據(jù)報(bào)道，三星綜合技術(shù)研究院的研究人員發(fā)現(xiàn)，利用二氧化碳?xì)怏w他們可以把石墨烯做成爆米花的形狀，他們把這種爆米花稱為“石墨烯球”。把這些石墨烯球覆蓋在電池電極的表面做成正極保護(hù)膜，這就可以提高充電速度。
一般的鋰電池需要充電1小時(shí)也就是60分鐘才能充滿，而這種石墨烯電池則可以縮短為12分鐘。用上了石墨烯的鋰電池的充電速度變成原來的5倍，這簡直就是把原來的羊腸小道變成了高速公路。
而且，相對(duì)一般鋰電池來說，石墨烯電池的安全性也大大提高，它不會(huì)因?yàn)闇囟壬叨霈F(xiàn)傳統(tǒng)鋰電子那樣發(fā)熱起火的問題（三星的手機(jī)電池曾經(jīng)發(fā)生過多起爆炸起火事件，所以三星對(duì)電池的安全性有著非常迫切的需求）。
石墨烯首次運(yùn)用于手機(jī)
Mate系列是華為的成名之作，具有極致科技的研發(fā)基因，所以在每一代Mate產(chǎn)品上，華為都是傾注了全部心血。
此次發(fā)布會(huì)的主題是“A higher Intelligence”，亮點(diǎn)主打AI技術(shù)應(yīng)用。而這一切都基于華為在上月推出的全新處理器麒麟980。它不僅是全球首款7nm制程工藝的移動(dòng)端芯片，而且是全球首個(gè)內(nèi)嵌雙NPU(神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)單元處理器)的芯片。
根據(jù)華為之前給出的數(shù)據(jù)，麒麟980的AI能力，對(duì)比驍龍845高出134%，能效高出88%。若與iPhone XS的A12芯片相比，業(yè)界著名分析師郭明錤認(rèn)為，華為新推出的定制麒麟980芯片組正在縮小華為與蘋果在用戶體驗(yàn)方面的差距。
眼下，iPhone Xs已開售了一段時(shí)間，雖然自開售以來價(jià)格持續(xù)走低，但它的銷量遠(yuǎn)超同期的產(chǎn)品，尤其是大屏幕的Max版本。此次華為也發(fā)布了7.2英寸更大屏幕的Mate 20 X，不僅如此，其還將業(yè)界期盼已久的石墨烯技術(shù)首次運(yùn)用于手機(jī)中。
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石墨烯電池主要優(yōu)勢在于其使用壽命和充電速度。經(jīng)過試驗(yàn)測試，石墨烯電池2000次充放電衰減率15%以內(nèi)，同比普通鋰電池約40~80%，充電速度5000毫安時(shí)的半小時(shí)可以充滿，如果電路設(shè)計(jì)合適，理論上可以5秒以內(nèi)充滿。
Mate 20 X選擇了超大容量的5000mAh(TYP)電池，雖然并非真正的石墨烯電池，但華為創(chuàng)造性地采用石墨烯技術(shù)+液冷散熱系統(tǒng)(HUAWEI SuperCool)組合的散熱系統(tǒng)，帶來出眾的急速冷卻性能，讓CPU和GPU可以持久保持火力全開狀態(tài)，待機(jī)更長久，手機(jī)整體性能得到大幅提升。
此外，Mate 20 Pro支持15W無線快充技術(shù)，提供現(xiàn)階段業(yè)界最快的無線充電速率。同時(shí)突破性地支持無線反向充電技術(shù)，可為其它部分無線充電產(chǎn)品進(jìn)行充電。
所以，在智能手機(jī)待機(jī)這個(gè)痛點(diǎn)三星、蘋果都無法很好解決的當(dāng)下，對(duì)于石墨烯的首次開啟無疑成為華為手機(jī)最大的優(yōu)勢。據(jù)悉，華為已在計(jì)劃將該技術(shù)運(yùn)用在其他產(chǎn)品上，目前已確認(rèn)即將發(fā)布的榮耀旗艦手機(jī)Magic 2將會(huì)采用。
對(duì)于這個(gè)重大突破，華為瓦特實(shí)驗(yàn)室首席科學(xué)家李陽興博士透露，突破主要來自三個(gè)方面：在電解液中加入特殊添加劑，除去痕量水，避免電解液的高溫分解；電池正極選用改性的大單晶三元材料，提高材料的熱穩(wěn)定性；同時(shí)，采用新型材料石墨烯，可實(shí)現(xiàn)鋰離子電池與環(huán)境間的高效散熱。
