在期刊《SCIENCEADVANCES》上(shang)有報道說利用石墨烯做正極的(de)鋁離(li)(li)子電池(chi)可(ke)以實(shi)現高(gao)倍(bei)率(lv)性能和高(gao)循環壽命(ming)的(de)性能。一經推出，就得到了業內(nei)廣泛的(de)關注和討論。那么(me)什么(me)是鋁離(li)(li)子電池(chi)？發(fa)展應(ying)用前景怎么(me)樣呢？

1．鋁離子(zi)電(dian)池——能(neng)量密度(du)能(neng)有多少？

首先(xian)看(kan)看(kan)作者(zhe)本人的摘要(yao)中對鋁(lv)離(li)子(zi)電池(chi)的介紹(shao)。

該(gai)工作的(de)創新點(dian)在(zai)于，做了一種新型(xing)結(jie)構的(de)3高3連(lian)續（3H3C）石(shi)墨烯(xi)膜正極，其具有高質(zhi)量(liang)(liang)(liang)，取向性(xing)和局部通道，這(zhe)樣(yang)可以保證(zheng)電子、離子傳導以及足夠的(de)活性(xing)物質(zhi)質(zhi)量(liang)(liang)(liang)。該(gai)正極容(rong)量(liang)(liang)(liang)在(zai)1．1s充電時(shi)的(de)容(rong)量(liang)(liang)(liang)為120mAh／g，25萬(wan)次循環(huan)后容(rong)量(liang)(liang)(liang)保證(zheng)率(lv)為91．7％，在(zai)高低溫下工作性(xing)能(neng)出(chu)色(se)，而且具有柔性(xing)。

不難看(kan)出，該石(shi)墨烯－鋁金屬(shu)的(de)(de)鋁離子電池(chi)(chi)的(de)(de)高低溫、柔性(xing)(xing)、倍率性(xing)(xing)能很(hen)優(you)秀，這(zhe)當然(ran)很(hen)大程度利(li)益于制備的(de)(de)石(shi)墨烯電極。然(ran)而摘要是一個突出亮點的(de)(de)地方，突出的(de)(de)成果都會在(zai)這(zhe)里(li)反應，可(ke)是在(zai)這(zhe)里(li)電池(chi)(chi)的(de)(de)幾個重要的(de)(de)參(can)數都沒有(you)說：比(bi)如體積能量密度、質量能量密度。

1）體積能量密(mi)度低的(de)(de)話，手機(ji)和(he)(he)汽車這兩個電池最為重要(yao)(yao)的(de)(de)領(ling)域(yu)中想要(yao)(yao)應(ying)用基本是(shi)沒有(you)希望的(de)(de)——空(kong)間非常有(you)限，必(bi)須充(chong)分利用。而手機(ji)和(he)(he)汽車同(tong)樣(yang)都在追求(qiu)長(chang)續航，此時(shi)必(bi)須要(yao)(yao)求(qiu)高的(de)(de)能量密(mi)度。

翻到文章第(di)5頁，看到了(le)作者對自己電池(chi)性能(neng)(neng)的介(jie)紹：66Wh／kg（質量能(neng)(neng)量密(mi)度(du)）。

首先，66Wh／kg仍然是(shi)鋁離子(zi)電(dian)(dian)池典型能(neng)(neng)量(liang)密(mi)度(du)范圍值40～65Wh／kg，這(zhe)個(ge)數(shu)據(ju)比(bi)鋰(li)離子(zi)電(dian)(dian)池要(yao)低很多：磷酸鐵鋰(li)100＋Wh／kg，三元的(de)接近(jin)200Wh／kg。以鋁離子(zi)電(dian)(dian)池這(zhe)樣的(de)能(neng)(neng)量(liang)密(mi)度(du)在(zai)手機(ji)和汽車(che)領域上用，基本也只能(neng)(neng)對準混合(he)動力(li)汽車(che)了，而且插(cha)混都(dou)有(you)點懸，手機(ji)則更(geng)難有(you)希望。

作者對鋁離子電池技術(shu)的總體總結

2）更大的(de)問題在于全文都(dou)沒(mei)有提(ti)及體積(ji)能(neng)量(liang)密(mi)度(du)相關數據(ju)(ju)(ju)，考慮到該電池(chi)質(zhi)量(liang)能(neng)量(liang)密(mi)度(du)不高，使用的(de)材(cai)料偏膨松（石(shi)墨烯(xi)等(deng)），其(qi)體積(ji)能(neng)量(liang)密(mi)度(du)可能(neng)也很(hen)(hen)難達到三元(yuan)類鋰(li)電池(chi)的(de)1／3。因為該文作者并沒(mei)有提(ti)到這方面的(de)數據(ju)(ju)(ju)，因此筆者也只能(neng)基(ji)于已(yi)有數據(ju)(ju)(ju)和常識進行推斷：體積(ji)能(neng)量(liang)密(mi)度(du)數據(ju)(ju)(ju)很(hen)(hen)可能(neng)很(hen)(hen)難看。

在這里再強(qiang)調一下體(ti)積(ji)能(neng)(neng)量(liang)密度的意義：如果造的電池不重，但是體(ti)積(ji)好大，攜帶裝載也會(hui)有很大的問題，尤其(qi)是在移動儲(chu)能(neng)(neng)用(yong)途(tu)中（手機、汽車）難以實用(yong)。而對(dui)于體(ti)積(ji)要求不太嚴格的固(gu)定式儲(chu)能(neng)(neng)，體(ti)積(ji)龐大的儲(chu)能(neng)(neng)方式可能(neng)(neng)會(hui)更合適，比如液流電池就是典型代表。

實(shi)際上，目(mu)前(qian)鋁(lv)離子電池體(ti)系很難找到(dao)合(he)適的(de)(de)(de)正極材料，釩系化合(he)物的(de)(de)(de)容量(liang)(liang)和電壓都(dou)不好看，石墨(mo)烯也(ye)只能(neng)是從矮(ai)子里撥將軍，而電解液（只能(neng)用(yong)離子液體(ti)）等(deng)方面的(de)(de)(de)限制也(ye)使得鋁(lv)離子電池能(neng)量(liang)(liang)密度(du)沒有突破的(de)(de)(de)跡象，因此目(mu)前(qian)的(de)(de)(de)能(neng)量(liang)(liang)密度(du)性能(neng)極大(da)的(de)(de)(de)限制了該技(ji)術(shu)的(de)(de)(de)更(geng)廣(guang)泛應用(yong)的(de)(de)(de)可能(neng)性。

2．鋁離(li)子電(dian)池成(cheng)本分析

綜合以上兩方面性能(neng)作者報出(chu)(chu)的(de)數據，以及(ji)分(fen)析可(ke)以看(kan)出(chu)(chu)鋁離子電池可(ke)能(neng)更適(shi)合功(gong)率型場合，對于(yu)現有鋰(li)離子電池的(de)取代潛(qian)力不是太大，對電容的(de)威脅倒是不小(xiao)，如果成本能(neng)做下來也(ye)可(ke)以去跟能(neng)量密度差不多(duo)的(de)鉛酸做競爭。

而在最后作者也給出(chu)了一(yi)個自己的評(ping)價——主要(yao)針對(dui)capacitor－dominanthigh－powerdensityenergystoragesystem。總之就是針對(dui)高功率領域。

體(ti)積能量密度從(cong)目前來(lai)說無從(cong)知曉，剛才也(ye)說到了(le)如果成本(ben)能夠做下來(lai)可能也(ye)會有一(yi)定的(de)潛力。不過(guo)該體(ti)系用了(le)幾個材料：石墨烯、離子(zi)液(ye)體(ti)、鋁金屬(shu)。

石墨(mo)烯正極的原料為氧化(hua)石墨(mo)烯GO，將其(qi)涂成定向膜(mo)后再(zai)還原，最(zui)后再(zai)在(zai)2850℃條件下處(chu)理(li)(li)才能得到最(zui)終需要的材料，與生產石墨(mo)需要的處(chu)理(li)(li)溫(wen)度相似。因(yin)此該工藝路線使用的石墨(mo)原料－石墨(mo)烯電極制備相當于要經過(guo)兩次2850℃的處(chu)理(li)(li)，這肯(ken)定會增加(jia)對于爐體的要求、耗能方(fang)面的需求。

有(you)人可(ke)能(neng)(neng)(neng)會(hui)問：為什(shen)么二次處理石墨烯(xi)時不(bu)能(neng)(neng)(neng)降低溫度？答案簡單：石墨烯(xi)如果是(shi)(shi)走的(de)氧化還(huan)(huan)原路線，材料(liao)結(jie)構(gou)完(wan)美程(cheng)度會(hui)受氧化影響遭受破壞，溫和(he)的(de)還(huan)(huan)原條(tiao)件是(shi)(shi)不(bu)足以解決問題的(de)，需(xu)要高(gao)溫才能(neng)(neng)(neng)使其有(you)效(xiao)回復(fu)；而如果使用(yong)石墨烯(xi)用(yong)的(de)是(shi)(shi)其它方(fang)法(fa)，比如CVD、機械剝離(li)，制備的(de)材料(liao)的(de)質量(liang)(liang)會(hui)很高(gao)，可(ke)能(neng)(neng)(neng)不(bu)用(yong)高(gao)溫處理，但是(shi)(shi)這些方(fang)法(fa)的(de)量(liang)(liang)產能(neng)(neng)(neng)力常(chang)(chang)常(chang)(chang)非常(chang)(chang)受限(xian)。兩(liang)難之處就在于(yu)此。

另外離(li)(li)子(zi)(zi)液(ye)體(ti)(ti)的(de)(de)確也(ye)是比較重要的(de)(de)有發展前(qian)景(jing)的(de)(de)技術(shu)。然(ran)而對于鋁(lv)(lv)離(li)(li)子(zi)(zi)電池來說(shuo)，目(mu)前(qian)其技術(shu)似乎極其依靠離(li)(li)子(zi)(zi)液(ye)體(ti)(ti)，其目(mu)前(qian)存(cun)在(zai)粘度(du)大(da)、成(cheng)(cheng)本高(gao)等一(yi)系列的(de)(de)問(wen)題，這極大(da)的(de)(de)加大(da)了(le)鋁(lv)(lv)離(li)(li)子(zi)(zi)電池的(de)(de)成(cheng)(cheng)本。當然(ran)了(le)，假以時日，在(zai)科研界和工業界的(de)(de)共同努(nu)力(li)下，以后離(li)(li)子(zi)(zi)液(ye)體(ti)(ti)的(de)(de)確有很大(da)的(de)(de)進步空間，應用前(qian)景(jing)值得期許。

因此總體來說，相(xiang)比于(yu)(yu)現在常見的電(dian)(dian)(dian)池(chi)體系：鋰電(dian)(dian)(dian)池(chi)、鉛酸使用(yong)(yong)的材(cai)料都已經(jing)比較常規，可以做到穩定的量產，這(zhe)對(dui)于(yu)(yu)（尤其(qi)是(shi)近(jin)年來）降低(di)電(dian)(dian)(dian)池(chi)成本起(qi)到了(le)相(xiang)當大的支(zhi)撐作(zuo)用(yong)(yong)。但是(shi)對(dui)于(yu)(yu)鋁(lv)離子(zi)電(dian)(dian)(dian)池(chi)體系來說，原(yuan)料產業(ye)化、經(jing)濟實用(yong)(yong)化的工作(zuo)，還有相(xiang)當多的工作(zuo)要(yao)做。