近日，中科院上海硅酸鹽研究所稱(chēng)聯(lián)合北京大學(xué)、美國(guó)賓夕法尼亞大學(xué)展開(kāi)持續(xù)攻關(guān)，已研制出一種高性能超級(jí)電容器電極材料——氮摻雜有序介孔石墨烯， 該材料具有極佳的電化學(xué)儲(chǔ)能特性，可用作電動(dòng)車(chē)的“超強(qiáng)電池”，充電只需7秒鐘，即可續(xù)航35公里，相關(guān)研究成果已于12月18日發(fā)表在世界頂級(jí)期刊《科學(xué)》上。
那么，這個(gè)新玩意是否能解決電動(dòng)車(chē)?yán)m(xù)航力差和充電慢的瓶頸問(wèn)題？我看未必。
1、什么是石墨烯電池？
石墨烯電池其實(shí)并不是真正的電池，而是一種新材料超級(jí)電容。在此之前，超級(jí)電容已經(jīng)廣泛應(yīng)用于電動(dòng)車(chē)、混動(dòng)汽車(chē)和大功率輸出設(shè)備等領(lǐng)域，作為一種電化學(xué) 儲(chǔ)能裝置，其性能介于傳統(tǒng)電容和電池之間，具有功率密度高，循環(huán)壽命長(zhǎng)以及安全可靠等特點(diǎn)，但是能量密度卻是其最大的軟肋。
為了解決這個(gè)問(wèn)題，科研工作者只能在新材料上下功夫。經(jīng)過(guò)多年研究，最后發(fā)現(xiàn)氮摻雜有序介孔石墨烯的性能表現(xiàn)最佳，不僅能實(shí)現(xiàn)高能量密度和高功率密度， 而且還具有無(wú)毒環(huán)保，體積輕重量小，成本低廉易于規(guī)模生產(chǎn)，性能安全可靠，不易燃也不易爆等等優(yōu)勢(shì)，實(shí)為超級(jí)電容之最佳材料，可謂是居家必備，老少咸 宜……
正因如此，氮摻雜有序介孔石墨烯超級(jí)電容無(wú)論是性能還是成本，都比目前實(shí)際應(yīng)用的所有種類(lèi)的電池更具優(yōu)勢(shì)，且在快速充放電方面更是將鋰電池甩出幾條街，完全可以替代掉原先的電動(dòng)車(chē)電池組成為新的儲(chǔ)能設(shè)備。所以，該超級(jí)電容被冠以“石墨烯電池”的名頭見(jiàn)諸各大媒體。
然而就本質(zhì)來(lái)說(shuō)，石墨烯電池并不是真正的電池，如果說(shuō)超級(jí)電容相當(dāng)于電腦中的內(nèi)存，電池相當(dāng)于電腦中的機(jī)械硬盤(pán)，而石墨烯電池其實(shí)就相當(dāng)于固態(tài)硬盤(pán)—— 盡管都有“儲(chǔ)存”上的功能體現(xiàn)以及儲(chǔ)存容量的限定，但就原理而言，固態(tài)硬盤(pán)和機(jī)械硬盤(pán)其實(shí)并不是一回事，固態(tài)硬盤(pán)的工作原理更接近于內(nèi)存。
2、為何石墨烯不能帶來(lái)電動(dòng)車(chē)革命？
以特斯拉Model S為例，滿電理論續(xù)航里程480公里上下，電池容量為85千瓦時(shí)，可用快速充電方式在一小時(shí)內(nèi)充滿電；而在快速充電條件下，充電樁的直流輸出高達(dá)125千 瓦時(shí)，換句話說(shuō)就是每小時(shí)耗電125度。好了明確了這一點(diǎn)之后，咱們?cè)倮^續(xù)往下掰扯小學(xué)水平的數(shù)學(xué)題。
如果將特斯拉Model S的鋰電池全部更換為等容量的石墨烯電池，以“充電7秒鐘續(xù)航35公里”來(lái)計(jì)算，480公里的續(xù)航力只需充電96秒，這個(gè)時(shí)間不比普通汽車(chē)加油耗時(shí)慢—— 其實(shí)算上在加油站排隊(duì)和交費(fèi)等時(shí)間，車(chē)主們會(huì)發(fā)現(xiàn)，自己進(jìn)加油站加一次油的耗時(shí)不止96秒。
1小時(shí)(3600秒)將特斯拉Model S充滿電，充電樁輸出是125千瓦時(shí)；97秒將特斯拉Model S充滿電，充電樁的輸出就是3600÷96×125=4687.5千瓦時(shí)，即1小時(shí)耗電4687.5度——強(qiáng)調(diào)一下，這還只是理論數(shù)值！
85千瓦時(shí)的電池容量在1小時(shí)快充模式下耗電125千瓦時(shí)，損耗就高達(dá)47%(即125/85-100%=47%)，而在96秒內(nèi)充電85千瓦時(shí)，其損耗絕對(duì)遠(yuǎn)不止這么點(diǎn)，這對(duì)整個(gè)充電系統(tǒng)的散熱要求達(dá)到了一個(gè)極其變態(tài)的高度！
好，就算中國(guó)有能力建造散熱能力極其變態(tài)的充電系統(tǒng)，咱們接著往下算：保守而言，高速公路上的服務(wù)區(qū)加油站都可以同時(shí)容納6輛車(chē)加油，以此為例，每個(gè)服務(wù)區(qū)都建立6個(gè)充電站，其負(fù)載將高達(dá)4687.5×6=28125千瓦時(shí)，這是一個(gè)什么概念呢？
這么說(shuō)吧，三峽電站總共有32臺(tái)70萬(wàn)千瓦的水輪發(fā)電機(jī)，總裝機(jī)容量高達(dá)22，400，000千瓦，就算全負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)，也只能承擔(dān)796個(gè)服務(wù)區(qū)的充電站用電量——如果考慮到實(shí)際充電損耗和輸變電損耗，這個(gè)數(shù)值將至少下降三分之一，約為530。
我查了百度了一下關(guān)鍵字“高速公路服務(wù)區(qū)”，百度百科的結(jié)果是，截至2011年，全國(guó)高速公路服務(wù)區(qū)就超過(guò)1500個(gè)，現(xiàn)在相信遠(yuǎn)不止這個(gè)數(shù)！這就意味 著，一個(gè)三峽電站，只能負(fù)載全國(guó)三分之一的高速公路服務(wù)區(qū)充電站，若遇上冬季枯水期，這個(gè)負(fù)載就只能轉(zhuǎn)嫁給火電廠，如此一來(lái)，中國(guó)霧霾會(huì)不會(huì)加劇？大家自 己想。
再者，每個(gè)服務(wù)區(qū)的快速充電站負(fù)載高達(dá)28125千瓦時(shí)，這就意味著每個(gè)服務(wù)區(qū)都必須配套一個(gè)至少10KV的專(zhuān)用變電站，其建設(shè) 費(fèi)用大約在500萬(wàn)元上下，這就意味著750億的資金缺口。我們?cè)侔l(fā)散思維一下，如果以后電動(dòng)車(chē)普及了，中國(guó)每個(gè)小區(qū)都有6輛“充電7秒鐘續(xù)航35公里” 的電動(dòng)車(chē)在車(chē)庫(kù)中停靠充電——其實(shí)一個(gè)小區(qū)6輛電動(dòng)車(chē)并不算多，結(jié)果又當(dāng)如何？結(jié)果太“美”，我不敢想象！
這還不是最要命的，或許大部分時(shí)間電動(dòng)車(chē)不會(huì)扎堆充電，但如果遇上個(gè)節(jié)假日，高速公路爆棚，每個(gè)服務(wù)區(qū)都有電動(dòng)車(chē)扎堆排隊(duì)，又該怎么辦？其實(shí)每年節(jié) 假日的服務(wù)區(qū)加油站都在上演這一幕，而且可以確信的是，電動(dòng)車(chē)的車(chē)主在服務(wù)區(qū)都不會(huì)有耐心采用“慢充”模式，國(guó)家電網(wǎng)根本無(wú)法承受這種負(fù)載！好了，有人提 議，為了保證國(guó)家電網(wǎng)不被壓垮，每個(gè)充電樁只能設(shè)定為960秒的快充模式，排隊(duì)長(zhǎng)點(diǎn)就長(zhǎng)點(diǎn)，這樣總該解決問(wèn)題了吧？
當(dāng)然不行，我相信任 何一個(gè)高校電氣工程專(zhuān)業(yè)的學(xué)生都會(huì)把說(shuō)這種話的人拖出來(lái)打一頓！電氣工程中有一個(gè)術(shù)語(yǔ)叫“潮流分布”，就算用這種比原來(lái)慢10倍的方式集中充電，如此小范 圍大負(fù)載且時(shí)段集中的用電行為，將會(huì)造成電網(wǎng)潮流分布的嚴(yán)重異常，會(huì)對(duì)國(guó)家電網(wǎng)形成致命打擊，中國(guó)會(huì)瞬間變成解放前的油燈社會(huì)。
有人又說(shuō)了，把充電時(shí)間再慢10倍，變成9600秒，這樣總該OK了吧？是的，OK了，9600秒，比兩個(gè)小時(shí)還多，如此一來(lái)，石墨烯電池的快速充電意義豈不是變成了然并卵？
小結(jié)：
綜上所述，電動(dòng)車(chē)的充電其實(shí)不是一個(gè)單方面的技術(shù)，這就好比有人拿個(gè)水壺去水管下裝滿水，決定裝水速度的不單是容器的開(kāi)口，而是水管的開(kāi)口和流速。所以說(shuō)，電動(dòng)車(chē)的充電速度其實(shí)是由“兩個(gè)巴掌”來(lái)決定的，就算其中一個(gè)巴掌進(jìn)化成高逼格的鈦合金巴掌，也是拍不響的。
當(dāng)然了，我寫(xiě)這篇文章的目的并非是向在新材料領(lǐng)域做出突出貢獻(xiàn)的中國(guó)科學(xué)家們潑冷水，不管從任何一個(gè)角度說(shuō)，如此偉大的科研成果都是值得我們尊敬和銘記的。我只是想說(shuō)明，單憑一個(gè)“石墨烯”，解決不了電動(dòng)車(chē)目前乃至未來(lái)所面臨的充電難題，純屬科普，絕無(wú)惡意。
在我看來(lái)，反而是手機(jī)能最先享受到這一偉大科技帶來(lái)的便利，就算每個(gè)手機(jī)充電器做到20A的直流輸出，即充電速度比現(xiàn)在快20倍，也不會(huì)對(duì)家庭和電網(wǎng)的負(fù)荷造成任何不利影響。