石墨烯電池能帶來電動汽車革命？扯淡！

近日，一則新聞給電動汽車行業打了一針強心針，各大新聞媒體興奮得尖叫起來：中國科學院上海硅酸鹽研究所發布消息稱，該研究所聯合北京大學、賓夕法尼亞大學，開發了一種用于超級電容器的高性能電極材料，氮摻雜有序介孔石墨烯具有優異的電化學儲能特性，可作為電動汽車的“超級電池”。充電只需7秒，可以續航35公里。

那么，這款新玩意能解決電動汽車續航能力差、充電慢的瓶頸問題嗎？我認為情況未必如此。

什么是石墨烯電池？

石墨烯電池不是真正的電池，而是一種新型材料超級電容器。在此之前，超級電容器已廣泛應用于電動汽車、混合動力汽車和高功率輸出設備。作為一種電化學儲能裝置，其性能介于傳統電容器和電池之間，具有功率密度高、循環壽命長、安全可靠等特點，但能量密度是其最大的弱點。

為了解決這個問題，研究人員只能在新材料上下功夫。經過多年的研究，最終發現氮摻雜的有序介孔石墨烯性能最好，不僅可以實現高能量密度和高功率密度，還具有無、環保、重量輕、成本低、易于批量生產、性能安全可靠、不燃不爆等優點。它實際上是超級電容器的最佳材料，可以說是家里的必備品，無論老少。。。

因此，氮摻雜有序介孔石墨烯超級電容器在性能和成本方面優于目前在實踐中應用的各種電池，并且在快速充放電方面可以完全取代電動汽車原有的電池組，成為一種新的儲能裝置。因此，超級電容器被命名為“石墨烯電池”，并出現在各大媒體上。

然而，從本質上講，石墨烯電池并不是真正的電池。如果超級電容器相當于計算機中的存儲器，電池相當于計算機的機械硬盤，石墨烯電池實際上相當于固態硬盤，盡管兩者都具有“存儲”功能和存儲容量的限制，但原則上固態硬盤和機械硬盤不是一回事，固態硬盤的工作原理更接近內存。

為什么石墨烯不能帶來電動汽車革命？

以特斯拉Model S為例。充滿電的理論巡航里程約為480公里，電池容量為85千瓦時。通過快速充電，它可以在一小時內充滿電。在快速充電的情況下，充電樁的直流輸出高達125千瓦時，換句話說，每小時消耗125千瓦時。好的，在弄清楚這一點之后，讓我們繼續分解小學階段的數學問題。

如果特斯拉Model S的鋰電池全部換成相同容量的石墨烯電池，480公里的續航能力可以用“充電7秒，續航35公里”來計算，充電時間僅為96秒，并不比普通汽車慢。事實上，計算加油站排隊和繳費的時間，車主會發現在加油站加油需要96秒以上。

特斯拉Model S在1小時（3600秒）內充滿電，充電樁的輸出為125千瓦時；當特斯拉Model S在97秒內充滿電時，充電樁的輸出為3600÷96×125=4687.5千瓦時，也就是說，強調一小時的功耗為4687.5千瓦時時，這只是一個理論值！

85千瓦時的電池容量在一小時快充模式下消耗125千瓦時，損耗高達47%（即125/85-100%=47%），而損耗絕對遠超96秒充電85千瓦時，這對于整個充電系統的散熱要求來說已經達到了極不正常的高度！

好吧，即使中國有能力建造一個散熱極不正常的充電系統，讓我們繼續計算：保守地說，高速公路服務區的加油站可以容納六輛車同時加油。以此為例，每個服務區將建設6個充電站，負荷將高達4687.5×6=28125千瓦時。這個概念是什么？

只說三峽電站有32臺70萬千瓦的水輪發電機，總裝機容量2240萬千瓦，即使滿負荷運行，也只能承擔796個服務區充電站的用電量。如果考慮到實際的充電損耗和傳輸和轉換損耗，這個值將下降至少三分之一，約為530。

我在百度里查了“高速公路服務區”這個關鍵詞，百度百科的結果是，到2011年，中國有1500多個高速公路服務區，現在我相信遠遠不止這個數字！這意味著，一座三峽電站只能承載中國高速公路服務區三分之一的充電站。如果在冬季遇到旱季，這種負荷只能傳遞給火力發電廠。因此，中國的霧霾會加劇嗎？自己想想。

此外，每個服務區的快速充電站負荷高達28125千瓦時，這意味著每個服務區必須配備一個至少10千伏的專用變電站，其建設成本約為500萬元，這意味著您有750億元的資金缺口。讓我們換個角度思考。如果未來電動汽車普及，中國每個社區都會有六輛電池壽命為35公里、7秒的電動汽車停在車庫里充電。事實上，一個社區的六輛電動汽車并不算太多。結果會是什么？結果太“美”了，我無法想象！

這并不是最可怕的事情。也許大多數時候，電動汽車不會一起充電，但如果有假期，高速公路爆裂，每個服務區都有電動汽車排隊，我該怎么辦？事實上，每到節假日，服務區加油站都會上演這一幕，可以肯定的是，電動車車主不會有耐心在服務區采取“慢充”模式，而國家電網根本無法承受這一負荷！好吧，有人建議，為了確保國家電網不被壓垮，每個充電樁只能設置為960秒的快速充電模式，而且排隊的時間越長，排隊的時間就越長。那么，這個問題應該解決嗎？

當然不是。我相信任何一個大學電氣工程專業的學生都會把說這種話的人拖出來打一頓！

在電氣工程中有一個術語叫做“功率流分布”。即使以這種比以前慢10倍的方式進行集中充電，如此小范圍、大負荷、集中時間的用電量也會導致電網潮流分布嚴重異常，對國家電網造成致命打擊，中國將瞬間成為解放前的油燈社會。

有人又說，把充電時間慢10倍到9600秒，這樣就可以了，對吧？是的，好的，9600秒，超過兩個小時。那么，石墨烯電池快速充電的意義難道不是一個天然的雞蛋嗎？

摘要：

綜上所述，電動汽車的充電實際上并不是一項單方面的技術。這就像有人拿著水壺在水管下加水一樣。決定注水速度的不僅是容器的開度，還有水管的開度和流速。因此，電動汽車的充電速度實際上是由“兩拍”決定的。即使其中一個拍擊演變成高能鈦拍擊，它也不會響。

當然，寫這篇文章的目的并不是給在新材料領域做出杰出貢獻的中國科學家潑冷水。無論從哪個角度來看，如此偉大的科研成果都值得我們尊敬和紀念。我只想明確一點，僅靠“石墨烯”并不能解決電動汽車目前甚至未來面臨的充電問題。這純粹是科普，沒有惡意。

在我看來，首先可以享受這項偉大技術帶來的便利的是手機。即使每個手機充電器都能達到20A的直流輸出，也就是說充電速度比現在快20倍，也不會對家庭和電網的負載造成任何不利影響。近日，一則新聞給電動汽車行業打了一針強心針，各大新聞媒體興奮得尖叫起來：中國科學院上海硅酸鹽研究所發布消息稱，該研究所聯合北京大學、賓夕法尼亞大學，開發了一種用于超級電容器的高性能電極材料，氮摻雜有序介孔石墨烯具有優異的電化學儲能特性，可作為電動汽車的“超級電池”。充電只需7秒，可以續航35公里。

那么，這款新玩意能解決電動汽車續航能力差、充電慢的瓶頸問題嗎？我認為情況未必如此。

什么是石墨烯電池？

石墨烯電池不是真正的電池，而是一種新型材料超級電容器。在此之前，超級電容器已廣泛應用于電動汽車、混合動力汽車和高功率輸出設備。作為一種電化學儲能裝置，其性能介于傳統電容器和電池之間，具有功率密度高、循環壽命長、安全可靠等特點，但能量密度是其最大的弱點。

為了解決這個問題，研究人員只能在新材料上下功夫。經過多年的研究，最終發現氮摻雜的有序介孔石墨烯性能最好，不僅可以實現高能量密度和高功率密度，還具有無、環保、重量輕、成本低、易于批量生產、性能安全可靠、不燃不爆等優點。它實際上是超級電容器的最佳材料，可以說是家里的必備品，無論老少。。。

因此，氮摻雜有序介孔石墨烯超級電容器在性能和成本方面優于目前在實踐中應用的各種電池，并且在快速充放電方面可以完全取代電動汽車原有的電池組，成為一種新的儲能裝置。因此，超級電容器被命名為“石墨烯電池”，并出現在各大媒體上。

然而，從本質上講，石墨烯電池并不是真正的電池。如果超級電容器相當于計算機中的存儲器，電池相當于計算機的機械硬盤，石墨烯電池實際上相當于固態硬盤，盡管兩者都具有“存儲”功能和存儲容量的限制，但原則上固態硬盤和機械硬盤不是一回事，固態硬盤的工作原理更接近內存。

為什么石墨烯不能帶來電子……

ic汽車革命？

以特斯拉Model S為例。充滿電的理論巡航里程約為480公里，電池容量為85千瓦時。通過快速充電，它可以在一小時內充滿電。在快速充電的情況下，充電樁的直流輸出高達125千瓦時，換句話說，每小時消耗125千瓦時。好的，在弄清楚這一點之后，讓我們繼續分解小學階段的數學問題。

如果特斯拉Model S的鋰電池全部換成相同容量的石墨烯電池，480公里的續航能力可以用“充電7秒，續航35公里”來計算，充電時間僅為96秒，并不比普通汽車慢。事實上，計算加油站排隊和繳費的時間，車主會發現在加油站加油需要96秒以上。

特斯拉Model S在1小時（3600秒）內充滿電，充電樁的輸出為125千瓦時；當特斯拉Model S在97秒內充滿電時，充電樁的輸出為3600÷96×125=4687.5千瓦時，也就是說，強調一小時的功耗為4687.5千瓦時時，這只是一個理論值！

85千瓦時的電池容量在一小時快充模式下消耗125千瓦時，損耗高達47%（即125/85-100%=47%），而損耗絕對遠超96秒充電85千瓦時，這對于整個充電系統的散熱要求來說已經達到了極不正常的高度！

好吧，即使中國有能力建造一個散熱極不正常的充電系統，讓我們繼續計算：保守地說，高速公路服務區的加油站可以容納六輛車同時加油。以此為例，每個服務區將建設6個充電站，負荷將高達4687.5×6=28125千瓦時。這個概念是什么？

只說三峽電站有32臺70萬千瓦的水輪發電機，總裝機容量2240萬千瓦，即使滿負荷運行，也只能承擔796個服務區充電站的用電量。如果考慮到實際的充電損耗和傳輸和轉換損耗，這個值將下降至少三分之一，約為530。

我在百度里查了“高速公路服務區”這個關鍵詞，百度百科的結果是，到2011年，中國有1500多個高速公路服務區，現在我相信遠遠不止這個數字！這意味著，一座三峽電站只能承載中國高速公路服務區三分之一的充電站。如果在冬季遇到旱季，這種負荷只能傳遞給火力發電廠。因此，中國的霧霾會加劇嗎？自己想想。

此外，每個服務區的快速充電站負荷高達28125千瓦時，這意味著每個服務區必須配備一個至少10千伏的專用變電站，其建設成本約為500萬元，這意味著您有750億元的資金缺口。讓我們換個角度思考。如果未來電動汽車普及，中國每個社區都會有六輛電池壽命為35公里、7秒的電動汽車停在車庫里充電。事實上，一個社區的六輛電動汽車并不算太多。結果會是什么？結果太“美”了，我無法想象！

這并不是最可怕的事情。也許大多數時候，電動汽車不會一起充電，但如果有假期，高速公路爆裂，每個服務區都有電動汽車排隊，我該怎么辦？事實上，每到節假日，服務區加油站都會上演這一幕，可以肯定的是，電動車車主不會有耐心在服務區采取“慢充”模式，而國家電網根本無法承受這一負荷！好吧，有人建議，為了確保國家電網不被壓垮，每個充電樁只能設置為960秒的快速充電模式，而且排隊的時間越長，排隊的時間就越長。那么，這個問題應該解決嗎？

當然不是。我相信任何一個大學電氣工程專業的學生都會把說這種話的人拖出來打一頓！

在電氣工程中有一個術語叫做“功率流分布”。即使以這種比以前慢10倍的方式進行集中充電，如此小范圍、大負荷、集中時間的用電量也會導致電網潮流分布嚴重異常，對國家電網造成致命打擊，中國將瞬間成為解放前的油燈社會。

有人又說，把充電時間慢10倍到9600秒，這樣就可以了，對吧？是的，好的，9600秒，超過兩個小時。那么，石墨烯電池快速充電的意義難道不是一個天然的雞蛋嗎？

摘要：

綜上所述，電動汽車的充電實際上并不是一項單方面的技術。這就像有人拿著水壺在水管下加水一樣。決定注水速度的不僅是容器的開度，還有水管的開度和流速。因此，電動汽車的充電速度實際上是由“兩拍”決定的。即使其中一個拍擊演變成高能鈦拍擊，它也不會響。

當然，寫這篇文章的目的并不是給在新材料領域做出杰出貢獻的中國科學家潑冷水。無論從哪個角度來看，如此偉大的科研成果都值得我們尊敬和紀念。我只想明確一點，僅靠“石墨烯”并不能解決電動汽車目前甚至未來面臨的充電問題。這純粹是科普，沒有惡意。

在我看來，首先可以享受這項偉大技術帶來的便利的是手機。即使每個手機充電器都能達到20A的直流輸出，也就是說充電速度比現在快20倍，也不會對家庭和電網的負載造成任何不利影響。

標簽：特斯拉Model S發現北京

汽車資訊熱門資訊