生活中，電池容量不足時(shí)常困擾著電動(dòng)車和智能手機(jī)用戶。性能穩(wěn)定、價(jià)格合理的超級(jí)電池是人類多年來追尋的夢(mèng)想。現(xiàn)階段人們對(duì)超級(jí)電池的形象描述可概括為：一次充電，可以讓電動(dòng)汽車行駛1000公里，讓智能手機(jī)玩一周，充電時(shí)間能控制在幾分鐘內(nèi)，最好可無線充電。這種超級(jí)電池的市場(chǎng)規(guī)模不低于1萬億美元。當(dāng)前，美國(guó)、中國(guó)、日本和韓國(guó)都在沖刺超級(jí)電池。

目前常用的鋰離子電池1991年才開始商業(yè)化，主要有鈷酸鋰、磷酸鐵鋰和錳酸鋰3種類型。鈷酸鋰電池能量密度最高，但高溫下不穩(wěn)定，其他兩種能量密度不高。可充電電池的第五代產(chǎn)品——鋰金屬電池誕生于1996年，在安全性、比容量、自放電率和性能價(jià)格比方面，均優(yōu)于鋰離子電池。但距離超級(jí)電池的要求，還有較大差距。

石墨烯有望引發(fā)電池新突破。2004年誕生的石墨烯，其特點(diǎn)是具有良好的導(dǎo)電導(dǎo)熱性能：作為電導(dǎo)體，其導(dǎo)電性可與金屬銅媲美；作為熱導(dǎo)體，它是現(xiàn)有材料中最好的，更難能可貴的是，這種材料在很薄的時(shí)候，仍有很高的硬度。石墨烯已被各大工業(yè)國(guó)列為重要材料進(jìn)行深度開發(fā)。目前，石墨烯應(yīng)用于電池上的研究基本上有3個(gè)方向：

一是以石墨烯形成全新體系電池。就是說以石墨烯制造一個(gè)全新體系的電池，在性能上是顛覆性的，稱作“超級(jí)電池”。使用這種材料制作的電池，能量密度超過600wh/kg，是目前動(dòng)力鋰電池的5倍，一次充電時(shí)間只需8分鐘，可行駛1000公里；電池重量只有鋰離子電池的一半，體積也會(huì)大幅縮小，減輕使用該電池汽車的自身重量；電池的使用壽命更長(zhǎng)，是傳統(tǒng)氫化電池的4倍，鋰電池的2倍；其成本將比目前鋰電池降低77%。這些物理參數(shù)都符合超級(jí)電池的要求。

二是以石墨烯強(qiáng)化現(xiàn)有電池性能。將石墨烯運(yùn)用到現(xiàn)有電池上，改進(jìn)提升鋰電池、太陽能電池等電池性能，力圖達(dá)到超級(jí)電池的性能。對(duì)于那些已投巨資建設(shè)鋰電池工廠的企業(yè)，短期內(nèi)很難再投資開發(fā)一種全新電池，利用石墨烯的特性來提升現(xiàn)有鋰電池性能，或許更為現(xiàn)實(shí)。就石墨烯屬性來說，作為最薄、最堅(jiān)硬、導(dǎo)電性良好且擁有強(qiáng)大靈活性的納米材料，石墨烯可廣泛應(yīng)用于鋰離子電池、超級(jí)電容器及太陽能電池等儲(chǔ)能產(chǎn)品中。石墨烯的特殊結(jié)構(gòu)決定其可以提升電池中的鋰離子獲得高速率通道的性能，可以幫助鋰電池技術(shù)突破長(zhǎng)期難以逾越的障礙。目前，以石墨烯和硅為原料研發(fā)的手機(jī)電池，每次充電僅需15分鐘，便可讓手機(jī)運(yùn)行一周。

三是以石墨烯催化燃料電池性能。用特制的石墨烯材料替代鉑作為催化劑，來制造燃料電池所需的氫燃料。燃料電池是將燃料具有的化學(xué)能直接變?yōu)殡娔艿陌l(fā)電裝置。與其他電池相比，具有能量轉(zhuǎn)化效率高、無環(huán)境污染等優(yōu)點(diǎn)。“質(zhì)子傳導(dǎo)薄膜”是燃料電池技術(shù)的核心部分。現(xiàn)有的質(zhì)子薄膜上常存在燃料泄漏，因而降低了電池有效性。但質(zhì)子可以較為容易地“穿越”石墨烯等二維材料，而其他物質(zhì)則很難穿越，這就可以解決燃料滲透的問題，從而增強(qiáng)電池的性能。

石墨烯技術(shù)的應(yīng)用至今仍處于初級(jí)階段，尤其是能讓電池體積和重量大幅縮小的單層石墨烯材料，成品率低，生產(chǎn)成本高，成為石墨烯電池難以產(chǎn)業(yè)化的重要成因。因而，通過進(jìn)一步創(chuàng)新，完善技術(shù)工藝，降低生產(chǎn)成本，是今后石墨烯電池發(fā)展的關(guān)鍵。目前，我國(guó)在石墨烯研發(fā)及應(yīng)用上走在世界前列，已有多款石墨烯電池和石墨烯鋰硫電池取得了突破性進(jìn)展。

當(dāng)然，全球在電池領(lǐng)域的研發(fā)不僅限于石墨烯，日本就在研發(fā)利用鎂生產(chǎn)性能更高、成本更低的蓄電池；瑞典正在研究利用碳纖維來提高鋰電池的性能。但這些新技術(shù)要真正實(shí)用化，甚至形成巨大的產(chǎn)業(yè)，還需要經(jīng)過市場(chǎng)的洗禮。

總之，尋找超級(jí)電池的過程，是科技創(chuàng)新的過程，也是產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)優(yōu)化的過程。以石墨烯為代表的超級(jí)電池實(shí)現(xiàn)突破之日，將是包括電動(dòng)車、手機(jī)、電腦等一切靠電力驅(qū)動(dòng)設(shè)備變革之時(shí)，對(duì)多個(gè)行業(yè)將具有顛覆性意義，必將為人類生活翻開新的一頁。