什么是超级电池？
简介
超晶胞由单原子厚度的碳层构成。这项技术可以在最短的时间内为手机和汽车快速充电，并且可以很容易地制造和集成到设备中，未来有望制造出更小的手机。
制造
为了开发这种微型超级电容器，研究人员使用了二维石墨烯层，在第三维中只有单个原子厚。
超级电池
由于传统的制造微型超级电容器的方法涉及密集的光刻技术，被证明难以制造低成本的器件，因此其商业应用受到限制。
然而，基于适合大众的光速写DVD技术，研究人员可以只用传统器件的一部分成本制造石墨烯微型超级电容器。
使用这种技术，可以在不到30分钟的时间内用廉价的材料在一张CD上制造超过65，438+000个微型超级电池。
功能特点
为了使超级电池更有效，必须以最大化其表面积的方式放置两个单独的电极，这将使超级电池能够存储更多的电能。
过去，微型电池是由多层石墨烯堆叠在一起作为电极，就像三明治面包片一样。但是在超级电容器中，研究人员使用了交叉模型(类似于缠绕的手指)来并排排列电极。这将有助于最大化两个电极的表面积，尽管它也将减少电解质中的离子需要扩散的路径。
前景
超级电池可以储存更多电能，更快完成充电。研究人员表示，未来人们可能会在家里完成这种超级电池的制造。
然而，加州大学洛杉矶分校材料科学与工程系教授理查德·卡恩(Richard Kahn)表示，集成电子电路储能单元的设计和制造存在挑战。
生活中，电池容量不足经常困扰着电动车和智能手机的用户。性能稳定、价格合理的超级电池是人类追求多年的梦想。目前人们对超级电池的形象描述可以概括为:一次充电，电动车可行驶1000公里，智能手机可玩一周。充电时间可以控制在几分钟以内，最好是无线充电。这种超级电池的市场规模不低于1万亿美元。目前，美国、中国、日本和韩国都在争夺超级电池。
目前常用的锂离子电池是1991年后才开始商业化的，主要有三种:钴酸锂、磷酸亚铁锂、锰酸锂。钴酸锂电池能量密度最高，但高温不稳定，另外两种能量密度都不高。充电电池第五代产品——锂金属电池诞生于1996，在安全性、比容量、自放电率、性价比等方面均优于锂离子电池。但离超级电池的要求还有很大差距。
石墨烯有望引发电池新突破。2004年诞生的石墨烯，其特点是具有良好的导电性和导热性:作为电导体，其导电性可以与金属铜相媲美；作为导热体，它是现有材料中最好的，更难能可贵的是，这种材料在很薄的情况下仍然具有很高的硬度。石墨烯已被主要工业国家列为重要材料进行深入开发。目前石墨烯在电池方面的应用研究基本有三个方向:
首先，石墨烯被用于形成新的系统电池。也就是说，用石墨烯制作新体系的电池，在性能上是颠覆性的，被称为“超级电池”。用这种材料制成的电池能量密度超过600wh/kg，是目前动力锂电池的5倍。一次充电仅需8分钟，可行驶1000公里。电池的重量只有锂离子电池的一半，体积也会大大缩小，从而减轻使用电池的汽车重量；电池寿命更长，是传统氢化电池的4倍，锂电池的2倍；其成本将比现在的锂电池降低77%。这些物理参数符合超级电池的要求。
二是用石墨烯强化现有电池的性能。将石墨烯应用到现有电池中，提高锂电池、太阳能电池等电池的性能，力图达到超级电池的性能。对于那些投入巨资建设锂电池工厂的企业来说，短期内很难投入资金开发一种全新的电池，利用石墨烯的特性来提升现有锂电池的性能可能更现实。就石墨烯的性质而言，石墨烯作为最薄、最硬、导电性好、柔韧性强的纳米材料，可广泛应用于锂离子电池、超级电容器、太阳能电池等储能产品。石墨烯的特殊结构决定了它可以提高电池中锂离子的性能以获得高倍率通道，可以帮助锂电池技术突破长期难以逾越的障碍。目前以石墨烯和硅为原料开发的手机电池，每次只需15分钟就能运行一周。
第三，石墨烯用于催化燃料电池的性能。一种特殊的石墨烯材料代替铂作为催化剂，用于生产燃料电池的氢燃料。燃料电池是一种直接将燃料的化学能转化为电能的发电装置。与其他电池相比，它具有能量转换效率高、无环境污染等优点。质子传导膜是燃料电池技术的核心部分。现有质子膜上经常存在燃料泄漏，降低了电池的有效性。但质子可以很容易地“穿越”石墨烯等二维材料，而其他物质则很难穿越，这样可以解决燃料穿透的问题，从而提升电池的性能。
石墨烯技术的应用还处于初级阶段，尤其是单层石墨烯材料，可以大大减小电池的体积和重量，但成品率低，生产成本高，成为石墨烯电池难以产业化的重要原因。因此，进一步创新、完善技术、降低生产成本是未来石墨烯电池发展的关键。目前，我国在石墨烯研发和应用方面处于世界前列，一批石墨烯电池和石墨烯锂硫电池取得突破性进展。
当然，全球在电池领域的研发并不仅限于石墨烯，日本正在研发使用镁来生产性能更高、成本更低的电池；瑞典正在研究使用碳纤维来提高锂电池的性能。但是，这些新技术要想真正实用化，甚至形成一个庞大的产业，还需要经过市场的洗礼。
简而言之，寻找超级电池的过程就是一个技术创新和产业结构优化的过程。以石墨烯为代表的超级电池的突破，将是包括新型自动驾驶飞机、电动汽车、手机、电脑在内的所有电驱动设备都被改造的时候，对很多行业都具有颠覆性的意义，必将为人类生活翻开新的一页。