近日，記者從中科院上海硅酸鹽所獲悉，該所科學(xué)家已研制出一種高性能超級電容器電極材料——氮摻雜有序介孔石墨烯。該材料具有極佳的電化學(xué)儲能特性，可用作電動車的“超強(qiáng)電池”：充電只需7秒鐘，即可續(xù)航35公里。相關(guān)研究成果已于18日發(fā)表在世界頂級期刊《科學(xué)》上。超級電容器，是介于傳統(tǒng)電容器和電池之間的一種電化學(xué)儲能裝置。由于具有功率密度高、循環(huán)壽命長、安全可靠等特點(diǎn)，現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于混合電動汽車、大功率輸出設(shè)備等多個領(lǐng)域。如何讓超級電容器兼具高功率、高能量，長期以來科學(xué)家并沒有找到理想材料。為破解這一難題，中科院上海硅酸鹽所聯(lián)合北京大學(xué)、美國賓夕法尼亞大學(xué)展開持續(xù)攻關(guān)。黃富強(qiáng)研究團(tuán)隊(duì)最終發(fā)現(xiàn)，石墨烯是超級電容器電極的最佳選擇。通過反復(fù)試驗(yàn)、設(shè)計(jì)、合成，黃富強(qiáng)研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，氮摻雜有序介孔石墨烯的性能表現(xiàn)最佳。不僅能實(shí)現(xiàn)高能量密度、高功率密度，而且還可以通過使用水基電解液，做到無毒、環(huán)保、價(jià)格低廉、安全可靠。據(jù)介紹，該新型石墨烯超級電容器體積輕巧、不易燃也不易爆，可采用低成本制備，實(shí)現(xiàn)規(guī)模生產(chǎn)。因性能較鉛酸、鎳氫等電池有明顯的競爭優(yōu)勢，且在快速充放方面又遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于鋰電池，因此該“超級電池”可廣泛應(yīng)用于現(xiàn)有混合電動汽車、大功率輸出設(shè)備的更新?lián)Q代。
首先來看發(fā)表在《科學(xué)》雜志上的這篇論文，題目是《Nitrogen-doped mesoporous carbon of extraordinary capacitance for electrochemical energy storage》，翻譯過的大致意思是高電容氮摻雜介孔碳在電化學(xué)儲能上的應(yīng)用。雖然是Nitrogen-doped，即氮摻雜但沒有提到graphene——石墨烯。讀完全文后也會發(fā)現(xiàn)研究的材料是ordered mesoporous carbon，即有序介孔炭并非石墨烯。
其次，在給出了超級電容器定義的情況下，這篇關(guān)于超級電容器材料的研究在記者手下稱為電池。在整片論文里寫到的數(shù)據(jù)多是電容、儲存比能之類。比如該材料在水性電解質(zhì)中電容為855 F/g，比一般超級電容要高很多。儲存比能能夠達(dá)到41Wh/kg(19.5 Wh/L)，跟鉛酸電池差不多。然而并未出現(xiàn)任何關(guān)于充電只需7秒鐘，即可續(xù)航35公里的內(nèi)容。
最后，說到該材料的制作工藝。需要采用SiO2模板，CVD(化學(xué)氣相沉積)工藝及設(shè)備，氫氟酸以及硝酸。在實(shí)驗(yàn)室里這些材料、工藝就成本不低，氫氟酸以及硝酸還有危險(xiǎn)性。尤其在進(jìn)行大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)時(shí)無論從哪個環(huán)節(jié)看都談不上無毒、環(huán)保、價(jià)格低廉、安全可靠。至于“可采用低成本制備，實(shí)現(xiàn)規(guī)模生產(chǎn)”從何談起，文中提到“by combining chemical vapor deposition with a sol-gel process of inexpensive, environmentally friendly”，只是溶膠凝膠法與化學(xué)氣相沉積結(jié)合相對制備經(jīng)濟(jì)、環(huán)境友好的意思。
本篇論文能夠發(fā)表在科學(xué)上，已經(jīng)說明了在該領(lǐng)域的學(xué)術(shù)水平。但從實(shí)驗(yàn)室階段到工業(yè)化生產(chǎn)，這個過程需要不少的時(shí)間。《2015全球石墨烯產(chǎn)業(yè)研究報(bào)告》統(tǒng)計(jì)，中國不僅2012年底研究石墨烯的論文發(fā)表數(shù)目位列全球第一，而且近三年專利數(shù)量迅升首位，只是論文質(zhì)量的創(chuàng)新性有待提高。就目前中國國內(nèi)的情況而言，我注意到的現(xiàn)象是很多媒體記者炒作大于科研人員在背后地踏實(shí)科研。比如這樣的新聞也不少，“美研制新超級電池幾秒內(nèi)完成充電，石墨烯概念股受益”、“石墨烯電池充電10分鐘跑1000公里，七股將井噴”、“電動車充電只要一分鐘？石墨烯概念股卷土重來”。
世界在變化，科學(xué)在發(fā)展。技術(shù)的多樣性則意味著目前看似不可能的東西在未來也會變成可能。個人且先不對石墨烯在電池領(lǐng)域的未來前景妄下結(jié)論，但請一些媒體記者在現(xiàn)階段對科學(xué)的報(bào)道要客觀，不要見風(fēng)就是雨，夸大其詞。在報(bào)道前好好做一些功課，讓新聞更加真實(shí)準(zhǔn)確。類似事件不斷發(fā)生意味著我國的科普還有很多的路要走，相關(guān)人員以及普通群眾的科學(xué)素養(yǎng)也有待提高，避免鬧出相信“一氧化二氫在中國大量使用正帶來毀滅性后果”的笑話。
