中科院院士怒懟:這種電池,市面上都是假貨!
石墨烯大家或多或少應該都有聽過,但具體是幹啥的,可能也說不出個所以然來,只知道這是一個很厲害的玩意。
各行各業、各種商品,只要和石墨烯扯上關係,就會顯得高大上。
芯片和石墨烯扯上關係,就有媒體宣傳繞過光刻機;電池有了石墨烯,續航無敵。
甚至內衣、內褲、腰帶、取暖器、地暖,都可以和石墨烯有聯繫,也有了石墨烯殺菌、石墨烯發熱等一系列的功效。
在商家眼中,萬物皆可石墨烯。
(某寶上關於石墨烯的相關產品)
市面上各種石墨烯的商品真的這麼神奇嗎?今天黑馬就來和你們聊聊這個話題
石墨烯真的是黑科技嗎?還是隻是商家的一個騙局?
通過名字也能猜測得到,石墨烯和我們經常看到的石墨有着莫大的關係,但也不盡相同。
它們都是由碳元素組成的材料,只不過排列的順序不同,這在化學中,叫做同素異形體。
而石墨烯說白了,就是一種特別薄的、薄的只剩一層原子的石墨,是一種單層的正六邊形晶格結構,厚度僅有0.335納米,是人類頭髮絲的20萬分之一。
(石墨粉,圖自網絡)
這種特殊的單層結構,爲石墨烯帶來了巨大的價值。
首先是石墨烯十分堅硬,硬度是鋼鐵的300倍。
再舉個例子,我們常說鑽石十分堅硬,但在石墨烯面前也只是個弟弟,目前在人類已知的範圍內,還沒有發現比石墨烯更加堅硬的材料。
同時石墨烯又非常的輕,而且十分柔韌,彎來彎去都不成問題,硬的同時還不脆。
並且石墨烯的單層六邊形的結晶結構還讓它非常的嚴實封閉,就連最小的氫原子都不能穿透過去。
(石墨烯分子結構,圖自網絡)
另外石墨烯還具備非常強的導電性能,比起目前導電界的扛把子銅要強得多。
在初中物理我們就學過電熱公式Q=I2 *R,電流越大,發熱就越大,如果是銅絲導電,過大的電流就有可能導致發熱過大,銅絲被燒斷的情況。
而石墨烯由於超強的導電性能,加上熔點比銅更高,相比銅絲可以通過更大的電流,用來導電將會大大減少熱量的損耗問題。
石墨烯還是一種幾近完美的導熱材料,導熱係數高達3000W/m·K~5000W/m·K,這個導熱性能基本上可以稱霸所有的金屬了。
這麼優異的性能集中在一種材料中,讓石墨烯有了巨大的想象空間。
比如說堅硬,輕薄又柔軟的特性。
用在屏幕上,是不是就可以生產出很難碎屏同時還輕薄的屏幕?
還可以用在防彈衣、飛機、汽車、坦克等等,這也不是天馬行空,目前也已經有了相關的研究。
(空客公司提出的石墨烯飛機假想圖,圖自B站DVChina)
石墨烯超強的嚴密性能,也可以用在防鏽塗層上,相關的實驗室數據表明,石墨烯能夠延長腐蝕發生的時間與侵蝕物質的侵入路徑,提高塗料的附着力與塗層保護膜質量,在柔韌性測試、抗衝擊測試以及最重要的耐腐蝕測試中都展現了優異特性。
而超強的導電性和無敵的導熱性能,想象空間就大了。
半導體行業已經開始出現石墨烯芯片,目前火熱的第三代半導體碳基芯片離不開石墨烯。
(石墨烯芯片模擬圖,圖自網絡)
而相比較這麼多的應用,我們最熟悉的還是石墨烯電池。
通過介紹,我們也能夠聯想到,如果將石墨烯應用在電池上,將大幅度提高電池續航能力、提高充電速度。
相信大家也看到過不少石墨烯電池的新聞,石墨烯也被認爲是突破當下電池瓶頸的關鍵鑰匙。
(已用上石墨烯電池的電動車)
也正是石墨烯有這麼多神奇的特性,自然也成爲了各大商家的香餑餑。
只要在產品上加上石墨烯,那麼這個產品就是黑科技,各種神奇的功效應有盡有。
給你一種有了石墨烯就可以上天的感覺。
但是呢,你們可能沒想到,市面上所謂的石墨烯,很有可能只是一場騙局。
因爲石墨烯實在很難生產。
石墨烯到底有多難生產?這個問題我們就得從石墨烯被發現開始說起。
2004年,英國曼徹斯特大學的兩位科學家安德烈·蓋姆和康斯坦丁·諾沃消洛夫把膠帶貼合在石墨片上,撕開膠帶,把石墨片一分爲二,如此反覆不斷操作,最後就得到了一層石墨烯。
這兩位科學家也因爲發現了石墨烯,也因此獲得了諾貝爾物理學獎。
這讓黑馬想起小學時玩的膠帶,通過膠帶反覆粘貼得到了一個球。
這大概是黑馬離諾貝爾獎最近的一次。
看來石墨烯的生產沒啥難度,僅靠膠帶就可以得到。
的確,用膠帶反覆撕石墨片是可以得到單層石墨烯,但顯然這種製備方法不科學,如果是用來科研還沒太大問題,可以不考慮成本、不考慮規模化生產。
但是如果是工業用途,這些就必須要考慮,也不可能靠膠帶反覆粘貼,因此在工業上要想得到能用的石墨烯,還要用到一些規模化生產的方法來製備,例如機械剝離法、氧化還原法、SiC外延生長法,薄膜生產方法、化學氣相沉積法等方法。
即便是經過了這些辦法,如果要得到單層石墨烯,成本也十分高,因此現階段率先投入使用的一般都是多層石墨烯。
在石墨烯中,可以這麼理解,層數越多,性能越差,而要完整發揮石墨烯性能,還得靠單層石墨烯。
並且由於石墨烯特殊的結構導致其容易產生褶皺形變,一旦發生褶皺,那麼性能可就會發生改變。
石墨烯還有着一個很大的缺陷。
雖然石墨烯本身的結構很穩定,但其無法在有氧環境中穩定存在,如果它在高溫下與氧氣反應,會導致生成氧化石墨烯,破壞石墨烯本身的性能。
(氧化石墨烯粉末和分散液)
因此,要生產出沒有褶皺、層數少、高品質的石墨烯,難度非常大,成本十分高昂。
按照2019年的市場行情,一些低純度,品質差的石墨烯,售價幾十元一克。而一些高純度的石墨烯,可以賣到幾千元一克以上。
品質好的石墨烯價格比黃金還貴,也素有黑金之稱。
從這基本可以看出,石墨烯成本非常高,大規模生產幾乎做不到,目前學術界也都普遍認爲石墨烯規模應用還只是在一個實驗階段。
那目前市面上的石墨烯產品是怎麼回事?
黑馬就直說,基本上都是智商稅。
對於一個行業來說,出現技術突破,最開心的是誰?是消費者嗎?不是,是各大商家。
拿咱大家最爲熟悉的手機來說,摺疊屏的出現,對於消費者來說實用嗎?無論是從質量還是產品生態適配上,摺疊屏都和實用扯不上關係。
但是手機廠商還是孜孜不倦地推出摺疊屏手機,到底是爲啥?
說白了就是強行爲手機添加賣點。
市面上所謂的石墨烯產品也基本是這個道理,甚至還更加惡劣。
雖說摺疊屏不實用,但好歹是技術的商用,而目前市面上絕大多數的石墨烯商品壓根就不是用到了石墨烯材料,說是虛假宣傳也不爲過。
像石墨烯內褲、石墨烯眼鏡、石墨烯衣服,宣傳着殺菌消毒,價格也比一般同類型的商品要貴上不少。
任何產品,只要和石墨烯掛鉤,瞬間就是高科技的代表,有任何神奇功效似乎都不奇怪。
但黑馬前面也說了,石墨烯成本十分高昂,目前還不能大規模商用,這些打着石墨烯的旗號,一般都只是用的石墨,頂多是氧化石墨烯,跟真正的石墨烯完全不是一回事,純粹是掛着羊頭賣狗肉。
這些商家利用了大家對於新技術的好奇和信息的不對稱,使勁收割韭菜。
可能你要說黑馬武斷了,難道就沒有真材實料?
那黑馬就假設一件所謂的“石墨烯商品”真的加入了石墨烯,那純度怎麼樣?量有多少?
即便是低質的石墨烯,成本也沒有太低,一克低質石墨烯都比普通內褲貴了,你說那些商家是否會用到很多石墨烯?就算用到,能用多少?到時這些“石墨烯”商品能起到的作用還有多大?
而讓大家更加困惑的可能就是石墨烯電池了。
按照黑馬的說法,那石墨烯電池也應該是假的了?
但是呢,我們又能時不時地看到一些大廠宣佈石墨烯電池的技術,甚至即將商用。
是大廠在虛假宣傳還是黑馬在胡言亂語?有點懵逼。
就在1月15日,廣汽就大秀了一把肌肉,一則“石墨烯電池”量產瞬間燃爆市場,8分鐘充滿80%,續航更是達到了1000公里。
聽着就十分厲害,這技術絕對是對電動車的革命。
其實這也不是石墨烯電池,而是廣汽玩了一把文字遊戲。
8分鐘充滿和續航達到1000公里是不同電池實現的,充電快的是石墨烯基超級快充電池,長續航的是硅負極電池。
廣汽把這兩種技術放在一張海報裏說,這其中的小心思,你明白我明白大家都明白,廣汽也明白,就是爲了讓你誤解充電8分鐘,續航1000公里。
而廣汽的這個石墨烯基超級快充電池和石墨烯電池也沒多大關係,只是將石墨烯作爲負極材料中的導電添加劑摻入,提高一下充電性能,本質上還是慘雜了石墨烯的硅基負極鋰電池。
廣汽的這種文字遊戲,僅過了一天就被打臉。
中國科學院院士歐陽明高公開表示:“如果有人告訴你,這車能跑1000公里,幾分鐘充滿電,還安全,成本又很低。以目前的技術來講,他一定是騙子。”
早在廣汽之前,2014年的時候,就有一家名叫Graphenano的西班牙公司公司就號稱已與該國科爾瓦多大學,聯合研發出了全球首件石墨烯聚合材料電池。
也是宣稱單次續航里程可高達1000公里,單次完全充電僅需8分鐘以內。
不過本質上這個電池依舊是鋰電池,而且至今也沒能量產。
不只是廣汽和Graphenano,目前市面上所謂的石墨烯電池都是如此,頂多是將石墨烯作爲一種電極材料的摻雜物,改善下電池導電、提高一下充電性能。
石墨烯性能優異,這是肯定的,也正是因爲這些優異的性能,讓石墨烯頻繁成爲商家炒作的概念。
說白了,現在的“石墨烯”商品,更多的用途是可以讓商家有更多可宣傳的點。
毫無疑問,石墨烯是一種性能及其優異的材料,其諸多優異的特性,讓石墨烯的未來具有了廣闊的想象空間。
由於石墨烯結構的高度穩定性,讓石墨烯可以用來製作晶體管,這種晶體管在接近單個原子的尺度上依然能穩定地工作。相比之下,目前以硅爲材料的晶體管在10納米左右的尺度上就會失去穩定性。
而石墨烯輕薄柔軟的特性,也讓石墨烯在柔性顯示屏上可以大展身手。
除此之外,目前石墨烯的研究方向涉及了航天工程、生物工程、海水淡化等等尖端領域。
特別是新能源電池方向,一旦真正的石墨烯電池成功研發,將可以徹底解決新能源汽車電池的續航焦慮和充電時間長的問題,對於汽車行業來說將是一場鉅變,甚至可以跨行業打擊,特別是石油行業。
石墨烯的好處還有很多很多,想象的空間遠遠不止於此,在未來,石墨烯一定是發揮着無可比擬的作用。
但是這並不代表我們可以肆意消費石墨烯這個概念。
不知道什麼時候起,各行各業都喜歡往石墨烯上蹭,現階段原本應該還是高高在上、和生活不太相關的石墨烯,在各種商家的宣傳之下變得平易近人,這並不是好事。
石墨烯已然和量子一起,成爲了智商稅的代表。
“遇事不決,量子力學”“沒有商機,蹭石墨烯”,把本是嚴肅的科研問題兒戲化,也讓大多數消費者對石墨烯和量子產生了警惕。
2004年,石墨烯才被發現,問世僅僅10多年,毫無疑問,石墨烯依舊是處在青少年時期,還需要走過很長的路。
過分的消費石墨烯這個概念,絕對不利於石墨烯的研究。
科學這事,從來不是靠炒作。
這讓黑馬想起了碳納米管,二十多年前,碳納米管被發現,在功效上和如今的石墨烯有着很多相似的特性,也是被“神話”的材料。然而這麼多年過去,碳納米管依舊沒有規模商用,也僅僅是用作正極導電劑。
如今石墨烯已經隱約有了碳納米管的“命運”。
石墨烯的被發現是一件好事,但別讓過分的炒作,讓石墨烯變成人人唾棄調侃的名詞。
所謂的“石墨烯”商品,也該適可而止了。