自21世紀以降，世人最耳熟能詳、覺得最酷炫的神奇材料─石墨烯(Graphene)毋庸置疑堪稱第一人。若要細數石墨烯其背後物理學的涵義，除非你很閒，不然強烈建議不要沒事找事做。
我們尋常人可以這樣理解石墨烯：首先，石墨就像是義美夾心酥，由一層一層的餅乾疊了幾千幾萬層疊起來；而石墨烯，就是那一層一層的餅乾。差別只在於這層餅乾的厚度，僅僅為一個原子厚，你看都看不見。
想當然爾，這世界上一定會有某些科學家把腦筋動到這個材料上，近幾年，石墨烯的應用主要在電池和複合材料領域，我們今天就只談動力電池這個應用領域，也就是用在電動車上的石墨烯電池。
石墨烯電池到底是黑科技還是炫技？答案是炫技的成分比較高。我們來從材料特性和技術的角度，破解三個關於石墨烯電池流傳已久的環保流言。
環保流言一：石墨烯電池是21世紀神奇材料、新材料之王，有了它現有動力電池的問題將一次解決
讓我們親手終結這個流言吧，因為所謂的石墨烯電池，仍然是以鋰離子當作儲存和傳遞能量的媒介，因此持平來說，石墨烯電池還是鋰電池。
前篇文章《如何判斷電池技術大突破是世紀大騙局還是真革命？》我們有提到，目前鋰電池根據正極材料的種類，大體上可以分成三大類：鈷酸鋰(LCO)、磷酸鐵鋰(LFP)與三元材料(NMC)。那麼石墨烯是哪一類？
石墨烯並非傳統定義上的正極材料，或是說並不取代現有的正極材料，石墨烯其實是鋰電池的微量添加劑。要知道，沒有上述的正極材料在儲鋰位與脫鋰位之間的化學位勢變化，空有鋰離子的遷移也沒有用，能量無法有效被儲存。
重複一次：微量添加劑。
實務上，因為正極材料通常是以粉體的方式存在，因此鋰電池製造商需把正極材料固定在基材(鋁箔)，此時需要加入一些「膠水」才能讓這些粉體黏在基材而不會掉下來。好死不死，加入這些「膠水」後整個正極會變得不太導電，而不太導電的電池是無法有效率儲存電能的。
因此我們通常會添加一些助導劑，用以維持整個正極的導電度。傳統而言，我們使用導電碳黑等作為助導劑，石墨烯就是拿來PK這些傳統的導電碳黑，奈米碳管等其實也是，所以不是什麼材料之王，不過是很重要的配角。
環保流言二：石墨烯電池充電比加油還快，10分鐘不到就可充飽電
其實無論哪種鋰電池都可以做所謂的快充放，什麼3分鐘、5分鐘、10分鐘充電，鋰電池也不會因此爆炸或是毀滅，大家都做得到，又不是只有石墨烯電池可以，問題是效能。
因為使用不同速率充放電，鋰電池的有效容量也會跟著改變。這跟電池內部的動力學有關。用大電流充放電，電池的容量就會往下掉。一般來說，從慢充(充電10小時，0.1C充電)變成快充(充電6分鐘，10C充電)，容量大概會衰減7~8成，變成原來的20~30%。
這時配角的價值就出來了！根據技術報告（註一）指出，石墨烯的添加可以有效提升充放電的效能。添加少量的石墨烯，則容量可以維持原來慢充的70~90%，相形之下可以用的容量確實大幅提升！當然，要達到真正所謂的充飽（=100%），是不大可能如此理想，因為在最後的5~10%，充電速度會異常地慢，實務上這段是恆壓充電段，一般我們稱之為涓流充電。你想的沒錯，就是涓涓細流的意思。這是目前所有電池的特性，因此無論是特斯拉還是保時捷宣稱的超快充，事實上都只會是在某一個充電區間（比如20~60%）內才真的充得快。
環保流言三：石墨烯電池的續航力是一般鋰電池的2~3倍
你可能會以為2~3倍的意思是說例如一般鋰電池可以跑500公里，石墨烯電池可以跑1,000公里或1,500公里。錯了！電池容量都一樣，石墨烯不過就是微量添加劑，怎麼可能逆天呢。
上面說到，如果大家都慢慢充，不管哪種電池，結果都是一樣的。但如果快充，添加少量的石墨烯，則容量可以維持原來慢充的70~90%，充得比其他電池還飽。翻成白話文的意思是，如果中間要充電，石墨烯充十分鍾走人就可以跑100公里，一般鋰電池充個十分鐘只能跑30公里，這樣說來，確實間接提升續航力的問題。
除此之外，添加石墨烯也可以提升循環壽命，這可能跟石墨烯高熱導的散熱特性、穩定的化學性或是很強的機械性質安定了電池內部有關。
要能稱作黑科技，沒有三兩三，怎敢上梁山，我們今天分析完之後，你就可以清楚知道三個重點：
石墨烯電池不是什麼黑科技，它是微量添加劑，屬於鋰電池系統的一部分，是個配角，但是個值得拿金馬獎的配角
石墨烯的使用在技術上確實可以顯著提升快充放電特性
添加石墨烯，不是直接讓電池兩倍效能，而是間接解決電動車續航力的問題
歡迎你在綠色創業家社群今年（2019）八月的小聚和我們深入討論各種電池的落地應用場景，要知道，電動車是一個很龐大的系統，除了電池以外，最終要能讓使用者明顯感受到差異，其周圍的充電樁、散熱、電源管理等都必須同時並行。石墨烯確實有其厲害之處，但世界畢竟不是只靠著技術就能運行，我們無需過度神化一個材料。
（註一）參考資料Journal of Power Sources 240 (2013) 66-79
作者介紹│顏文群
從小夢想要擁有一台大排氣量、開起來轟隆轟隆的車子。為了完成夢想，每天努力餵飽小豬。長大後，好不容易小豬也吃飽了，才赫然發現，搞什麼啊現在汽油車變成了電動車，開起來都沒聲音也沒排氣量！為了親手終結自己從小的夢想，善用自己在電池材料的專業，努力提升鋰電池效率，現擔任台灣碩禾電材總經理特助，同時也是綠學院的綠色帶路人。
本文經授權轉載自綠學院（原標題：三分鐘帶你看懂石墨烯電池是黑科技還是炫技）
