隨著電動車、智能手機近年飛速發展,其性能越來越好,對電能的需要也水漲船高,電池就成了所有產品的關鍵組件。現在電池面臨著容量和充電速度的瓶頸,作為電器的龍頭老大三星集團也傾注全力開發新型電池,4月29日三星電子宣佈研發成功石墨烯鋰離子電池,能在提高容量同時比標準充電速度快5倍。 目前,提升手機的續航時間和電動車里程方法主要有兩種:一種是換用更大容量更高的電池,讓續航更長,成本較低。但會導致體積更大、更厚重,這在現實中一般不會被採用。只能通過改良電池,在不增加體積和重量的情況下,增加電池容量。

另外是更新處理器、螢幕、馬達等關鍵組件,通過新零件減少耗電以延長續航時間,並保持更纖薄的機身,或更大的車內空間。但廠商所需成本更高,產品的更新周期會稍微長一點。

三星集團上周表示,其研究機構——三星先進技術研究院(SAIT)已經成功合成了「石墨烯球」,基於石墨烯技術的新型鋰離子電池容量將提高45%,充電速度提高5倍,並且延長電池使用壽命。

石墨烯(graphene)被認為是用做電池的最佳材料,因為它的電子轉移率約為傳統硅的140倍。石墨烯是由碳原子組成的單原子層平面薄膜,厚度僅為0.34納米,單層厚度相當於頭髮絲直徑的十五萬分之一。是目前世界上已知的最輕薄、最堅硬的納米材料,透光性好,能摺疊。因為只有一層原子,電子的運動被限制在一個平面上。石墨烯也有著全新的電學屬性,電阻比銅或銀更低,是室溫下導電最好的材料。

三星先進技術研究院表示,利用二氧化硅(SiO2)構建出3D網格結構,被合成為像爆米花樣的石墨烯球嵌入到3D網格中。這種石墨烯球被用於鋰離子電池的陽極保護層和陰極材料,這樣可以增加電池容量,減少充電時間,以及穩定電池溫度。

此研究報告已發表到《自然通訊》(Nature Communications)雜誌,主題為《「支援快速充電、高體積能量密度的可充電鋰電池石墨烯球》,並已經在韓國和美國申請了這項技術的專利。

三星集團表示,石墨烯鋰電池只需要12分鐘即可充滿電,而目前廣泛使用的鋰電池則需要1小時左右。此外,這款新電池還能用於電動車,因為其可在最高60攝氏度下保持穩定。如果該電池可以大規模生產,將成為行業里程碑。在三星之前,曾有多家企業宣稱自己研究出了石墨烯鋰電池,但都沒能投入商業生產。

自去年三星Galaxy Note 7智能手機多次出現電池自燃甚至爆炸事故後,三星加大了對電池技術的研究。三星電子表示,爆炸事件發生後,三星召回問題機型,使得公司損失超過50億美元。事故中的部分手機就是由於鋰電池故障而起火的。

鋰電池自1991年首次商業化以來,由於具有高能量密度、無記憶效應等優點,迅速成為電池的主力,不過仍然有易過熱爆炸、不能過充過放、不耐高溫、易衰老等缺點。據科技媒體ZDNet報道,現在許多人認為鋰電池技術已經達到極限,正在尋找新的電池替代品,石墨烯正是在此時應運而生。

《金融時報》援引SK證券分析師金永佑發言表示,石墨烯技術是一項具有多種潛在應用的優秀技術,但石墨烯電池仍需要很長時間才能批量生產。大規模生產高質量的電子級石墨烯絕非易事,如何把該技術商業化才是成功的關鍵。

石墨烯具有高導電性和耐用性,科學家們正在研究其各種應用方法。韓國的一個研究小組在今年4月就用該材料製作了OLED顯示器。◇