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從兼有數字助理功能的智慧手機到幾乎可以自動駕駛的電動汽車，現代科技的唯一侷限似乎只剩下為它們供電的可充電電池。當前的可充電電池，如鋰離子電池，提供了一定的一致性和可接受的壽命，但受到相對較低的容量、較長的充電週期和較低的整體充電週期的阻礙。那麼石墨烯的出現能否改變電池技術的遊戲規則？讓我們一探究竟。
瞭解石墨烯電池
傳統電池技術
鋰是可充電電池和非可充電電池的常用材料。雖然鹼性和鋅基電池是可用的，他們通常有較短的使用壽命，是因為他們的高電荷密度。與鋰電池不同，這些電池不能在更高的電壓下工作。
一次（不可充電）電池由兩個電極組成，透過中間電解液只允許電流向一個方向流動。二次（可充電）電池仍然包含兩個電極，但是鋰離子可以雙向流動，這取決於充電還是放電。
陽極通常是鋰基（金屬氧化物）化合物，陰極是多孔碳。陽極和陰極都有一個剛性結構，具有特定的孔，可以在施加電流時將鋰離子吸收到孔中。當沒有施加電流時，離子解吸到電解液中。
鋰離子的吸收可以發生在陰極和陽極上。當使用電池時，離子向陰極移動。充電時，電流反向，離子被陽極吸收。這一過程允許產生許多迴圈，從而提高壽命。陰極的材料選擇傳統上是石墨，但陽極的材料可能有所不同。
石墨烯電池技術
神奇材料與電池相接
近年來，科學界和公眾都意識到石墨烯的許多用途以及它所具有的許多不同性質。它確實被貼上了神奇物質的標籤，它不僅能傳導熱能和電能，而且非常柔韌，甚至非常輕和靈活。這種材料最吸引人的特點是它的可持續性和綠色消費。
當石墨烯的優異效能與電池的化學效能結合在一起時，那簡直是強強聯合，電池的消耗量和壽命都會顯著增加。石墨烯的性質是這樣的，它不僅能夠容納大量的電荷，而且這些電荷被證明是持久的，沒有延長充電時間的連鎖反應。使用石墨烯大大減少了電池所需的碳量，並延長了電池的壽命。
這些令人印象深刻的特性被認為是大規模生產大型電池的關鍵。儘管仍處於起步階段，但石墨烯電池的大規模生產將大大提高未來汽車的環保程度。
透過將這種材料引入鋰離子電池和其他型別的可充電電池，電池效能的改善是非常顯著的。
簡單概括來說：石墨烯電池技術的結構與傳統電池相似，使用兩個電極和一種電解質溶液來促進離子轉移。石墨烯電池和固態電池的主要區別在於一個或兩個電極的組成。
這種變化主要發生在陰極，但也有可能利用陽極中的碳同素異形體。傳統電池中的陰極完全由固態材料組成，但石墨烯電池中的陰極使用複合材料（一種包含固態金屬材料和石墨烯的混合材料）。
石墨烯的強大機械效能大大延長了電池的使用壽命。這本身是一件好事，也意味著電池可以更努力地工作。換言之，他們可以更快地充電而不限制他們的壽命。
當充電率增加時，典型的電池會退化得更快。石墨烯可以防止這種損壞，這意味著電池在使用諸如快速充電之類的東西時可以使用更長的時間。
可以說石墨烯是目前世界上最具導電性的材料之一，表現出極低的電阻水平。這種低水平的電阻有助於將多餘的熱能保持在最低限度，從而使整體溫度保持在一個低而安全的範圍內。較低的電阻是最佳的高速高能功率傳輸。
石墨烯電池對智慧手機意味著什麼
石墨烯電池將使智慧手機更薄或提供更多的電池容量，同時保持其目前的比例。由於電池能夠支援非常高的電流和極快的充電和放電時間，可以以極快的速度相互充電。
儘管行動式石墨烯電池技術還需要幾年的時間，但對於未來的智慧手機、電子產品、電動汽車等來說，這是一個誘人的前景。幸運的是，混合石墨烯產品已經出現，在未來數月和數年內應該會變得更加普遍和實惠。石墨烯絕對是一項值得關注的技術。
為開發更高效汽車提供動力
可以肯定的是，企業正在大力投資開發使用這種石墨烯技術的電池。為了開發更高效的電動汽車、能跑得更遠、仍然環保，這一領域的所有主要參與者公司，都接受了這一新技術。
石墨烯在許多領域被譽為一種神奇的物質，因此它很可能在行動式電源領域得到證明。我們希望，這種神奇的物質很可能成為快速充電、持久耐用、高功率電池的重要組成部分。
石墨烯在電池工業中的未來
目前，石墨烯剛剛被引入並整合到電池技術中。要克服的最大障礙是石墨烯薄片製造工藝的極高價格。隨著生產工藝的日益精細化和成本效益的提高，石墨烯的潛在應用將不斷增長。
石墨烯最有前途的用途是與傳統的鋰離子電池結合使用。這是透過在電池的陰極和陽極中加入石墨烯來實現的。簡單來說，陰極是能量從電池中流出的地方，陽極是能量流入的地方。陰極和陽極是電阻最大的地方，因此產生熱量。透過增加陰極/陽極材料的導電性和降低電阻，可以以更快的速度以更安全的方式傳遞更多的能量。
隨著電池的不斷髮展，它們的效率自然會提高。隨著石墨烯的引入，電池技術未來發展的可能性是無窮的。在不久的將來，我們是否會有幾乎即時的充電時間，很難預測電池的確切發展，但今天我們可以肯定地說，石墨烯將是電池技術下一步不可或缺的一部分。
石墨烯電池已經在商業市場上引起人們的興趣，不久這些電池就會成為常態並逐步淘汰固態電池。
隨著世界各國能源需求的不斷增加，開發與消費型電池使用有關的環境負面影響的改進型儲能裝置將是一個崇高的目標！
好了，本期的瞭解就到這了，我是痞子，如果你對我的科普感興趣，可以關注我並且留言哦。
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作者：痞子，90後工科男，有過三次創業經歷，目前從事高新科技。科普、分享個人精進乾貨，一起學一點~
