石墨烯是最近一兩年非?；馃岬母拍睿呀?jīng)逐漸取代“納米材料”，成了商家熱炒、媒體報(bào)道、老百姓不知所云的又一種高科技。有關(guān)石墨烯手機(jī)、石墨烯電池之類的報(bào)道層出不窮，普通人常常被“充電十分鐘能跑1000公里”、“中東油霸要完“之類的標(biāo)題所吸引，但是讀罷依然不知道石墨烯到底是個(gè)什么鬼。
要了解石墨烯，就要從石墨烯被發(fā)現(xiàn)的過程說起。
石墨烯的發(fā)現(xiàn)：撕膠帶撕出諾貝爾獎(jiǎng)
2004年，英國曼徹斯特大學(xué)的物理學(xué)家安德烈·蓋姆和康斯坦丁·諾沃肖洛夫，成功從石墨中分離出石墨烯，兩人也因此共同獲得2010年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。他們的制備方法聽起來非常不可思議，沒有用到什么高大上的精密儀器，而是撕膠帶撕出來的。
這兩位科學(xué)家將石墨薄片的兩面粘在一種特殊的膠帶上，撕開膠帶，就能把石墨片一分為二。重復(fù)N次之后，薄片越來越薄，最終撕剩下的是僅由一層碳原子構(gòu)成的薄片，這就是石墨烯。當(dāng)然，個(gè)中過程顯然沒有我們說得那么輕松，要知道1毫米厚的石墨片大約包含300萬層石墨烯。撕膠帶撕出一個(gè)諾貝爾獎(jiǎng)，這兩位科學(xué)家可真太會(huì)玩了，跟他們比起來，撕名牌撕兄弟什么的全都弱爆了。
從石墨烯被發(fā)現(xiàn)的過程里，我們可以了解到石墨烯最突出的一個(gè)特點(diǎn)，僅由一層碳原子組成。也就是說，石墨烯是一種網(wǎng)狀的二維材料，而且這張網(wǎng)的厚度僅僅相當(dāng)于一個(gè)碳原子的直徑。同時(shí)，這張網(wǎng)上的每一個(gè)網(wǎng)格都是正六邊形，正六邊形的每一個(gè)角上都是一個(gè)碳原子。石墨烯的結(jié)構(gòu)并不復(fù)雜，不過科學(xué)家告訴我們，得益于這些特點(diǎn)，石墨烯是目前世上最薄卻也是最堅(jiān)硬的材料，幾乎完全透明。同時(shí)它的導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性極強(qiáng)，是目前世上電阻率最小的材料。
眾多的優(yōu)點(diǎn)決定了石墨烯是一種前景極為廣闊的材料，在各行各業(yè)都能得到應(yīng)用。在電動(dòng)汽車領(lǐng)域，石墨烯材料除了能夠降低車身重量，更受關(guān)注的應(yīng)用是利用其優(yōu)良的導(dǎo)電性來提高動(dòng)力電池的性能。但是在此之前，首先要解決的是石墨烯的制造問題。
天然氣制石墨烯：這才是正道？
一般來說，石墨烯的制造方法包括機(jī)械剝離法、氧化還原法、溶劑剝離法，以及化學(xué)氣相沉積法(CVD)。
機(jī)械剝離法是一種純物理的手段，比如最初發(fā)現(xiàn)石墨烯時(shí)撕膠帶，就是一種機(jī)械剝離法。這種方法的缺點(diǎn)是生產(chǎn)率極低，無法應(yīng)用于大規(guī)模生產(chǎn)。
氧化還原法成本較低，是目前制造石墨烯的最主要方法。不過這種方法在制造過程中會(huì)用到大量的濃硫酸，大概1000噸濃硫酸才能制得1噸石墨烯，同時(shí)會(huì)產(chǎn)生大量的廢酸，對環(huán)境造成嚴(yán)重的污染。
溶劑剝離法和化學(xué)氣相沉積法（CVD）比較復(fù)雜，其原理太過專業(yè)（我才不會(huì)承認(rèn)是我沒看明白），這里就不跟大家細(xì)說了。這兩種方法的共同的缺點(diǎn)是成本較高。
目前國內(nèi)石墨烯行業(yè)看似火熱，但是很大程度上是依賴氧化還原法這種粗放、不環(huán)保的方法，來獲取成本相對低廉的石墨烯。類似的情況我們已經(jīng)見識(shí)過很多次了，比如光伏產(chǎn)業(yè)，最后的產(chǎn)品是環(huán)保的，但是在制造過程中會(huì)產(chǎn)生大量的污染，所以國外的產(chǎn)量不大，中國企業(yè)一看有利可圖，就一窩蜂上馬光伏項(xiàng)目，最后中國以犧牲自己的環(huán)境為代價(jià)向世界提供了廉價(jià)的太陽能面板。在石墨烯行業(yè)，中國的企業(yè)又要再次發(fā)揚(yáng)這種國際主義精神了嗎？
從小我們就被教育，要走可持續(xù)發(fā)展之路，不能先污染后治理。道理大家都懂，但到了現(xiàn)實(shí)當(dāng)中，依然是每天被污染包圍。石墨烯行業(yè)不能再重蹈覆轍了，得走一條無污染的正道。那石墨烯行業(yè)的正道是什么呢？
科學(xué)技術(shù)是第一生產(chǎn)力，也是發(fā)展石墨烯的正道。中國的石墨烯行業(yè)雖然火熱，但研究水平并不高。不過，現(xiàn)在的很多中國企業(yè)是不差錢的，既然外國人能買咱們的資源，那咱們也能買他們的技術(shù)?？偛课挥谙愀鄣恼兰瘓F(tuán)就正在做這件事。
正道集團(tuán)目前還不為人所知，但是其幕后掌舵者仰融在中國汽車界可是一位傳奇性的人物。仰融的正道集團(tuán)將目標(biāo)瞄準(zhǔn)了當(dāng)前正火爆的電動(dòng)汽車，但與那些熱衷于大Pad的競爭者不同，正道集團(tuán)并不突出互聯(lián)網(wǎng)元素，它的核心在于其石墨烯電池技術(shù)。
正道集團(tuán)的石墨烯技術(shù)得益于與頂尖學(xué)術(shù)機(jī)構(gòu)的合作，它與美國加州大學(xué)洛杉磯分校（UCLA）合作建立了UCLA-正道石墨烯研究中心。這一合作的成果就是以天然氣為原料，利用化學(xué)氣相沉積法（CVD）制造石墨烯，這是一種真正環(huán)保的低成本、單層石墨烯大規(guī)模量產(chǎn)工藝及技術(shù)。
有了先進(jìn)的石墨烯制造技術(shù)，正道集團(tuán)可以說已經(jīng)拿到了通向電動(dòng)汽車未來的鑰匙。而在應(yīng)用層面，正道集團(tuán)正在加快把石墨烯和傳統(tǒng)動(dòng)力電池相結(jié)合的步伐。
正道的電池技術(shù)：從鈦酸鋰到石墨烯
在電池技術(shù)上，正道集團(tuán)所選擇的技術(shù)路線是先發(fā)展較為成熟的鈦酸鋰電池；然后以石墨烯對其加以改進(jìn)，開發(fā)出鈦酸鋰石墨烯電池；最后研發(fā)出更加先進(jìn)的石墨烯鋰硫電池。
鈦酸鋰電池
正道集團(tuán)目前的電池產(chǎn)品主要是鈦酸鋰電池。和常見的磷酸鐵鋰電池、三元鋰電池相比，鈦酸鋰電池的優(yōu)勢在于：循環(huán)壽命長，超過35000次，其它鋰電池則小于5000次；工作溫度范圍廣，在-30℃的環(huán)境中依然能正常工作；快充能力強(qiáng)，70kWh的電池只需10分鐘即可100%充滿。但是鈦酸鋰電池也有其缺點(diǎn)，那就是能量密度低，只能達(dá)到80Wh/kg，而三元鋰電池的能量密度已經(jīng)超過了150Wh/kg。
基于鈦酸鋰電池的特點(diǎn)，正道集團(tuán)在現(xiàn)階段主要發(fā)展純電動(dòng)公交車。它們的純電動(dòng)公交車不走尋常路，電池電量為70kWh，續(xù)航里程僅有50km上下，可供公交車行駛完單程線路。抵達(dá)終點(diǎn)后，利用直流快充樁10分鐘充滿電，就可重新上路了。
這種設(shè)計(jì)對電池電量要求低，一方面有效降低了純電動(dòng)公交車的采購成本，要知道，續(xù)航250km的電動(dòng)公交車價(jià)格一般在200萬元以上；另一方面，減少了電池所占用的重量和空間，提高了電動(dòng)公交車的載客量。同時(shí)，這樣一來也規(guī)避了鈦酸鋰電池能量密度低的缺點(diǎn)，充分發(fā)揮了其循環(huán)壽命長、快充能力強(qiáng)的優(yōu)勢。
國家目前對大功率充電站有很多補(bǔ)貼。按照正道集團(tuán)的設(shè)計(jì)，在公交車的終點(diǎn)站需要建一座含3個(gè)充電樁、6個(gè)充電槍的充電站。建站的成本大約是300多萬元，而國家的補(bǔ)貼可以達(dá)到200多萬元，客戶只需要花費(fèi)幾十萬元。
鈦酸鋰石墨烯電池
正道集團(tuán)已經(jīng)利用其石墨烯技術(shù)方面的優(yōu)勢，對鈦酸鋰電池加以改進(jìn)，成功開發(fā)出石墨烯增強(qiáng)鈦酸鋰電池。這種電池能量密度增加到了120Wh/kg，快速充電時(shí)間則大幅縮短了70%，低溫條件下的性能也進(jìn)一步增強(qiáng)。
石墨烯鋰硫電池
鋰硫電池是以硫作為正極材料的一種電池，其理論能量密度高達(dá)2600Wh/kg。不夠，由于硫的導(dǎo)電性差等原因，鋰硫電池還存在許多問題。不過，在其中加入石墨烯之后，鋰硫電池的能量密度雖然有所降低，但存在的問題都能得到有效的解決，石墨烯鋰硫電池或許就是電動(dòng)汽車的終極解決方案。
在石墨烯鋰硫電池的研發(fā)上，正道集團(tuán)與美國加州大學(xué)洛杉磯分校（UCLA）合作建立的UCLA-正道石墨烯研究中心再次發(fā)揮了巨大的作用，該中心目前已經(jīng)制造出了石墨烯鋰硫電池樣品，能量密度達(dá)到了300Wh/kg。
在今后幾年之內(nèi)，正道集團(tuán)的石墨烯鋰硫電池的能量密度還將持續(xù)提升。以此為基礎(chǔ)，正道集團(tuán)也將進(jìn)入乘用車領(lǐng)域，在2018-2020年正式推出采用增程式混合動(dòng)力的轎車和SUV產(chǎn)品。
編輯點(diǎn)評(píng)：電池是電動(dòng)汽車的核心，也是解決里程焦慮問題的關(guān)鍵。目前三元鋰電池、磷酸鐵鋰電池的進(jìn)步是一種量變，而石墨烯電池帶來的則將是質(zhì)變。在眾多企業(yè)的推動(dòng)之下，這種質(zhì)變有望早日到來。