8分钟可充满80%电量，续航1000公里“要且能”实现
8分钟可充满80%电量，车型续航1000公里。这是研发电动汽车工程师们的愿景和努力的目标。广汽埃安的宣传语是“搭载石墨烯基超级快充电池”，于是瞬间石墨烯电池又成为热议。
笔者理解，热议石墨烯电池已经不是第一次了。过去讨论的结果，是石墨烯做不了锂离子电池的负极材料。大家看一下，《节能与新能源汽车技术路线图（2.0）》，是没有墨烯电池提法的。
但是2021年一开年，广汽埃安对外宣布，搭载石墨烯基超级快充电池的新车已经开始批量试制，将于9月份上市，其性能是8分钟可充满80%电量，其续航1000公里。
广汽是中国的7大汽车集团之一，而《节能与新能源汽车技术路线图（2.0）》却没有墨烯电池的内容。《节能与新能源汽车技术路线图（2.0）》编制，是不是没有广汽集团的专家参加？
广汽埃安宣传语，是在挑战中国动力电池技术权威吗？还仅仅是品牌营销？笔者解读如下：一、锂离子电池工作基本原理
目前汽车动力电池基本上是锂离子。这是下面讨论的基本面，参与讨论，一定要在锂离子电池工作基本原理上面达成共识。锂离子电池不锂电池。锂电池是一次电池，而锂离子电池是可充电池。动力电池必须是可充电池，锂离子电池是指以锂离子嵌入化合物为正极材料电池的总称。锂离子电池，以含锂的化合物作正极，没有金属锂存在，只有锂离子，以碳素材料为负极。
解读：
锂离子嵌入化合物,比如：磷酸铁锂、锰酸锂。其化合物是盐，锂在化合物里面是离子层级的，不是分子层级的。
动力电池正极是盐（分子层级），负极炭素材料（也是分子层级）；
正极与负极往返的锂离子。
锂离子向负极运动，是充电；锂离子向正极运动，是放电。
锂离子电池充放电的基本原理抄录如下：
①充电过程
当对锂离子电池进行充电时，电池正极上有锂离子生成，生成的锂离子，经过电解液运动到负极。而作为负极的碳呈层状结构，它有很多微孔，达到负极的锂离子就嵌入到碳层的微孔中，嵌入的锂离子越多，充电容量越高。②放电过程
即我们使用电池的过程，嵌在负极碳层中的锂离子脱出，又运动回正极。回正极的锂离子越多，放电容量越高。
基本结论：
①高比能力的电池的基本条件，一是要求充电容量高、二是要求放电容量高。
②三元材料的锂离子密度高于磷酸铁锂。磷酸铁锂电池理论比能量小于150mAh/g,三元材料理论比能量小于250mAh/g。
③石墨比容量可达到310～360mAh/g，即石墨比容量还有富余的。所以说，
目前动力电池比能量是由正极材料锂离子密度决定的。
二、石墨烯的由来？
1）什么是石墨？
石墨（graphite）是一种矿物名。通常产于变质岩中，是煤或碳质岩石（或沉积物）受到区域变质作用或岩浆侵入作用形成。石墨是元素碳的一种同素异形体，每个碳原子的周边联结著另外三个碳原子，排列方式呈蜂巢式的多个六边形，每层间有微弱的范德华引力。每个碳原子均会放出一个电子，电子能够自由移动，石墨属于导电体。
解读：
①石墨是煤或碳质岩石变质作用或岩浆侵入作用而来。这解释了，石墨来历；
②石墨是元素碳的一种同素异形体。这解释了，石墨是碳元素，石墨是异形体的一种；
③碳原子均会放出一个电子。这解释了，石墨是导电体。
④碳呈层状结构，它有很多微孔。这解释了，石墨可以容纳离子。
2）什么是石墨烯？
石墨烯是一种由碳原子以sp²杂化轨道组成六角形，呈蜂巢晶格的二维碳纳米材料。如下图。英国曼彻斯特大学物理学家和康斯坦丁·诺沃肖洛夫，用微机械剥离法，成功从石墨中分离出石墨烯，因此共同获得2010年诺贝尔物理学奖。解读：
①石墨是自然物质，石墨烯是人工从石墨中分离出来的物质；③石墨分子结构是多层的，呈层状结构，它有很多微孔；石墨烯是单多层，即二维碳纳米材料，它比较少。上面的讨论告诉大家，石墨能作为负极材料，是因为石墨比容量可达到310～360mAh/g。而石墨烯是单层，即二维碳纳米材料，其比能量很低，自然就无法单去做负极材料了。换一句话，如果用石墨烯作动力电池负极，动力电池比能量只有一个结果，其比能量更低。广汽埃安的宣传语是“搭载石墨烯基超级快充电池”，快充有可能的。其理由是石墨烯材料非常之薄，能把电池的两极的材料分开，让电子非常轻易地穿过去，完成快速充电和放电，一定程度上能够提升电动汽车的充电速度。但是其动力电池比能量很低，不可能有“车型续航1000公里“的效果。一句话，搭载石墨烯基超级快充电池的纯电动汽车，可以提高充电速度，但是其续航里程会更短。这个结论，从广汽埃安回复院士质疑中，也得到了印证。①为了中国的能源安全。目前石油对外依存度已经超过70%。发展纯电动汽车，可以充分利用国内新能源（风能、光能及生物能源）；②2030年实现碳达峰，2060年实现碳中和。发展纯电动汽车可以减少汽车尾气排放，是节能减排的重要措施；③发展新能源汽车（纯电动汽车），可以实现从汽车大国到汽车强国的目标。
中国2020年新能源汽车已经实现产销规模136万辆，保有量已经达500万辆，其中95%以上纯电动汽车。中国发展新能源汽车已经20年，已经取得较大成绩，为后续的发展，铺垫坚实的基础。但是受到的质疑从来没有中断过，目前纯电动汽车的不足，也是客观的。①纯电动乘用车整备质量对标燃油汽车，超过1000公斤以上，什么概念？一天运营里程500公里，要多耗费多少能源？②充电时间是以小时为单位，对运营车辆，尤其是纯电动出租车、纯电动物流车，对标燃油汽车加油时间3到5分钟，要耗费多少有效的运营时间？于是换电模式呼声是越来越高。③电动汽车发展快10年，全气候天气下其续航里程，基本上在300公里左右，即使特斯拉的磷酸铁锂电动汽车，冬天实际上也只有240公里，对标燃油汽车1000公里，于是要求发展混合动力汽车，从来没有中断过。③低温天气，启动十分困难，电池衰减太多，对标燃油汽车，电动汽车还是处于幼儿期，还有培育和扶持。一句话，目前纯电动汽车，受到的质疑，必须正面回应。目前的状况必须改变。否则，纯电动汽车的发展会像过去一样，再一次回到低谷。五、8分钟可充满80%电量，续航1000公里，一定会实现目前的电池就是锂离子电池，正极是磷酸铁锂或者三元或者高电压镍锰酸锂，负极是石墨，电解质是可燃的液体电解质。能量密度到了300Wh/kg，已经到了液态锂离子电池的一个极限，还容易引起安全忧虑。接下来，必须发展固态电池或者说逐渐要过渡到全固态锂电池。固态锂电池的负极材料可以是纳米硅和石墨的复合负极，正极可以是高电压锰酸锂，也可以是富锂锰基材料或者是不含锂的正极材料，电解质是固体电解质，它的能量密度可以300—450 Wh/kg。在特斯拉最近的电池日之后，埃隆·马斯克宣布了一款更大的无表4680电池，它具有更大的能量密度，更容易制造，更低的成本。锂空气电池的最大理论比能可达3460 Wh/kg，几乎是锂离子电池的10倍。纳米技术的电池，采用了“100%硅纳米线”的阳极可以达到500 Wh/kg。与锂离子电池相比，锂硫电池是一种能量密度大大提高的新兴技术。这种化学的理论最大比能是2567 Wh/kg，而锂离子的最大比能是350 Wh/kg。双碳电池。两个碳电极和一种无毒的电解质，能够比传统的锂离子提取更多的能量，充电速度是传统锂离子的20倍，这些锂离子变体可能成为电动汽车的未来。笔者认为，有这些高新电池技术带来的灵感，还有产业资本对科研的助力，3-5年内，动力电池技术一定会有新的突破，中国电动汽车8分钟可充满80%电量，续航1000公里，一定会实现。
