如何看待三星宣布开发出“石墨烯电池”？近日三星开发出石墨烯电池的新闻又一次

近日三星开发出石墨烯电池的新闻又一次引爆了网络，刚刚，一个行业里程碑式的消息传来，三星电子表示，其研究机构三星先进技术研究院(SAIT)成功合成了“石墨烯球”，可将电池容量提高45%，而充电速度提高至现有标准的五倍。后台好多坛友问小编如何看，那今天咱就聊聊三星的这项先进技术。

三星表示，这种石墨烯电池只需要12分钟即可充满电；而现有的锂离子电池充电需要一个小时左右。科普一下，石墨烯拥有光、电、力、热等诸多方面的突出性能，为众多的工业应用领域带来了曙光。新型电池也可用于电动汽车，它能够在最高60摄氏度以下的温度范围内保持稳定。

石墨烯的强度、导电性和弹性，使其在全球电子行业被誉为“奇迹材料”，而且自2004年被发现以来一直被视为锂离子电池的替代品。它是一种碳的形态，可被用来开发更小更薄、但容量更大的电池。

在去年遭遇Galaxy Note 7智能手机自燃的安全灾难后，三星加强了对电池技术的研究。据三星透露，召回以及随后撤销这款容易起火的手机使该公司损失50多亿美元，而其中一些手机正是由于锂离子电池有问题而起火的。

该公司宣布，三星先进技术研究院开发出一种方法，用硅石来合成像三维爆玉米花一样的石墨烯，然后将这些石墨烯“球”用作先进锂离子电池的材料。三星已经在韩国和美国申请了这项技术的专利。

据专家介绍，石墨烯具有更高能效，因此可为其他阴极材料提供空间。其结果是，采用石墨烯电池的智能手机可以做得更轻薄、但电池容量更大。

石墨烯的基本形态是呈晶格的单层碳原子片，这种材料可用于柔性显示器、可穿戴设备和其他下一代电子设备。

自1991年首次商业化以来，锂电池一直是电子设备的标配。然而现在许多人认为该技术已经达到极限，正在寻找新的电池替代品。石墨烯正是在此时应运而生。本次三星电子在石墨烯电池上的重大突破，有望加速石墨烯电池商业化进程。不过研究公司IDTechEx的董事Khasha Ghaffarzadeh表示，虽然三星取得了一些有意思的成果，但他告诫称：“这是一项潜在用途广泛的了不起的技术，但石墨烯电池需要很久才能投入量产”，“关键是谁能抢先把这种技术商业化。应用精细加工技术大规模生产高质量的电子级石墨烯并不容易”。

研究公司IDTechEx的董事Khasha Ghaffarzadeh表示，三星取得了一些有意思的成果，但他告诫称，世界距离商业开发这样的电池还有很长的路要走。

“这种电池的技术就绪水平仍处于概念验证到示范阶段。我们在这些阶段经常读到基于石墨烯的卓越成果，但是其中只有少数能够转换为商业成功案例，”他说。

三星先进技术研究院一直领导着三星的核心技术开发，今年早些时候还在加拿大开设了一个人工智能研究实验室。该院还开发了采用无镉量子点材料的三星新电视技术。

技术上如何开发石墨烯电池呢？

以下内容主要是用纳米SiO2做基体，然后CVD在上面沉积长出多层的石墨烯，使SiO2球变成一个个“爆米花”状的芯部为SiO，表面为一层层石墨烯的复合材料，他们将其命名为石墨烯球——Graphene Ball。然后该球在文章中，他们主要探索了两种用法：一为复合于NMC正极材料表面做导电极，可以降低传统导电碳的用量，从而提高正极块材的最终体积能量密度，二是经锂化处理后直接用作负极材料，仍然没有脱离大家对于石墨烯用于锂电池的一般认识：导电剂与活性材料。

而在此时问题就来了，石墨烯是该复合材料球中的一部分，然后在整体电池中使用量并不高，以石墨烯来命名该电池是不合适的。而且你们看一下韩国人怎么起的名：“石墨烯球用于锂电（达成）快速和高体积能量密度”。

PART I 先说当导电剂

通过制备石墨烯球，该文制备了石墨烯球GB，可以实现很低的添加量达成良好的导电效果，因此其正极配方可以变为：97 wt% NCM active material, 0.5 wt% super P, 1.0 wt% GB, and 1.5 wt% polymeric binder，而传统上浆料中NCM的占比一般为92%。因为导电碳材料用量的变少，可以使该部分的体积能量密度提高33%左右，使得最终的电池能量密度达到800WH/L，而目前的三元电池600~700WH/L的居多。这应该是其比较重要的贡献：即让石墨烯导电剂达到了实用化，克服了能量密度方面的问题。

作者也给出了该体系改性后的三元锂电循环性能、高温性能方面的改善，文章里都有图，我就不展开讲了。

然而：

1） CVD做导电剂成本有多高？我实在不想每次都拿这说事，但是不说也不行啊。

2） SP图11中，作为对照样的传统NCM性能差成这样。。。 5C不到60？

PART II 再说做负极

石墨烯当然理论上是可以做负极的，实际上嘛，也不是不能做。本文中，作者把合成的GB直接拿来做负极了，这样做了一个NCM-GB（正极导电极）/GB（负极）的石墨烯占比很高的全电池，综合性能是不错，大家有兴趣可以看看。

不过问题在于：这样的一个全电池有点为了石墨烯而石墨烯，即就是为了把石墨烯用上，把其它几个关键因素仍然牺牲了不少。

作者自己都老实给出了石墨烯球GB需要锂化解决首次效率的问题，真实用起来，石墨烯球成本一定很高，还需要锂化，那。。。我为什么不用便宜的石墨，不用容量可能更高的硅呢？

PART III 没完

本来不想写的这么尖锐，然而仔细看了文章后，还是感觉不吐不快。

大家可以看看本文作者给出的NCM复合GB/不复合GB的0.1C和1C首周充放电曲线。

可以看到：NCM 0.1C第一周充电，恒压平台不见了？然后放电容量高于充电容量？首次效率10X%?另外该NCM1C克容量只有150左右？是不是对照样性能也太烂了。

再然后，为什么给出的数据都是只有放电容量的，充电容量呢？以及对于一个新的复合体系（而且大概率副反应很大），第一周的CV为什么也没有呢？
不太明白，期待韩国技术人员的解答。

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