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石墨烯電池的發展現況與未來可行性

關鍵字:石墨烯電池
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科技產業資訊室 - 陳姿穎 發表於 2015年7月17日
西元2004年,蓋姆和諾渥謝夫在英國曼徹斯特大學從石墨分離出石墨烯後,石墨烯便一直被認為是未來科技的新寵兒,石墨烯為目前世界上厚度最薄、硬度最高並具高導電性、高電子傳輸速度、高韌性與高強度的材料,可應用於單分子氣體偵測、連結各積體電路的石墨烯奈米線、透明導電板、太陽能電池、超級電容等,2010年發明者得到諾貝爾獎後,石墨烯在學術界和產業界更是當紅炸子雞。

圖一、石墨烯材料結構圖
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Source: Nanotechweb.org (2009)

在電池領域中,停滯許久的電池技術可望藉由石墨烯電池的加入而活絡起來,新技術以提升電池的能量密度、加快充電速度從數小時至幾分鐘內、減少笨重的鋰離子電池體積為主要賣點,最常見的名詞為石墨烯鋰離子電池、石墨烯超級電容等,時至2015年,不論是學術研究上的精進[3];或國內外產業界網站[4][5]在2015年2月大幅報導西班牙Graphenano公司使用研發出的高效能石墨烯聚合材料電池,並將與德國車廠的合作量產計畫,使石油業會受到巨大衝擊等,都可見石墨烯電池受矚目的現況,以下將探討石墨烯電池的現況。

在具權威性Nanotechweb網站中,2009年首次報導石墨烯材料[6],石墨烯在Nanotechweb.org: best of 2009的五篇中便占了兩篇[7],此後到2010年(2篇,[8])、2012年(4篇,[10])、2014年(1篇,[12]),此網站的best of years,石墨烯都佔有篇幅,而與電池相關的只有2010年一篇石墨烯超級電容的報導[13],其餘都是石墨烯在導電、透明性、導線線材的應用。

電池大廠特斯拉(Tesla)2013年起在官網論壇,針對石墨烯超級電容做討論,然而沒有定論,亦尚未有相關電池產品出線。

2015年六月底有篇文章[15],宣稱西班牙Graphenano公司的石墨烯電池新聞為中國製造的假報導,從未見過該公司生產的石墨烯相關實體產品,接著文章中釐清石墨烯與氧化還原石墨烯(RGO)二者易造成混淆的差異,再將一般鋰離子電池正負極所需的材料定義清楚,表示鋰離子電池的性能主要取決於正極材料,而石墨烯除了做正負極導電添加劑或直接做負極材料外,在鋰離子電池上的改良並不大,而且一般民眾在閱讀學界資料時應該注意其數據是否為超級電容器的能量密度以免誤植。此篇文章無疑對石墨烯在電池上的應用投入了震撼彈。

目前,技術上比較成熟的石墨烯產品為利用其本身材料特性作為手機可彎曲、散熱膜、過濾膜、防腐等[16]之用途,今年3月華為公司在大陸重慶發布的新手機發表會,向大眾展示可彎折的石墨烯觸摸螢幕並在全球已有首批量產[17]。石墨烯應用在電池的新聞雖然時有所聞[18],可能仍需待技術上的突破,還有一段路要走。(902字;圖1)

參考資料
[2] 廖英凱,” 輕薄的石墨烯,超級電容的問世關鍵”,泛科學,2015/03/16,http://pansci.tw/archives/76889
[3] “Graphene Supercapacitor equals Li-ion battery energy density”,Electric Vehicle News,2015/05/26,
[4] “中東即將衰敗?石墨烯電池充電10分鐘跑1000公里!”,新唐人電視台,2015/02/25,http://www.ntdtv.com/xtr/b5/2015/02/25/a1180059.html
[5] “Revolutionary graphene polymer batteries for electric cars “,Graphene-Info,http://www.graphene-info.com/revolutionary-graphene-polymer-batteries-electric-cars
[6] “Graphane makes its debut”,Nanotechweb.org,2009/01/30,http://nanotechweb.org/cws/article/tech/37586
[7] “Nanotechweb.org: best of 2009”, Nanotechweb.org ,2009/12/21,http://nanotechweb.org/cws/article/tech/41276
[8] “Nanotechweb.org: best of 2010”, Nanotechweb.org ,2010/12/20,http://nanotechweb.org/cws/article/tech/44617
[9] “Nanotechweb.org: best of 2011”, Nanotechweb.org ,20011/12/22,http://nanotechweb.org/cws/article/tech/48208
[10] “Nanotechweb.org: best of 2012”, Nanotechweb.org ,20012/12/14,http://nanotechweb.org/cws/article/tech/51821
[11] “Nanotechweb.org: best of 2013”, Nanotechweb.org ,20013/12/20,http://nanotechweb.org/cws/article/tech/55732
[12] “Nanotechweb.org: best of 2014”, Nanotechweb.org ,20014/12/29,http://nanotechweb.org/cws/article/tech/59747
[13] “Graphene supercapacitor breaks storage record”, Nanotechweb.org ,20010/11/26,http://nanotechweb.org/cws/article/tech/44469
[14] "HOW CAN TESLA MOTORS CAN BENEFIT FROM A GRAPHENE BATTERY",TESLA FORUM,2014/01/30,http://my.teslamotors.com/it_IT/forum/forums/how-can-tesla-motors-can-benefit-graphene-battery
[15] JFD,” 【高工鋰電˙技術前研】JFD:為何說石墨烯用作鋰電負極產業前化前景渺茫?”,高工鋰電,2015/06/25,http://mp.weixin.qq.com/s?__biz=MjM5ODAyMDY2MQ%3D%3D&mid=212075986&idx=1&sn=0f920a81dca1f5788571e8a89ff608a2&scene=2&from=timeline&isappinstalled=0#rd
[16] 泓明科技股份有限公司,http://homytech.com/
[17] 蔡浩祥,“翻轉產業 石墨烯手機充電5秒OK” ,中時電子報,2015/04/17,http://www.chinatimes.com/newspapers/20150417000964-260309
[18] “Sunvault Energy Graphene based Supercapacitor Will Compete with Tesla Battery Plans”,PR News Wire,2015/04/07,http://www.prnewswire.com/news-releases/sunvault-energy-graphene-based-supercapacitor-will-compete-with-tesla-battery-plans-498906251.html





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