如果你是一家電動汽車公司的老闆，如何才能讓你的公司更具競爭力呢？埃隆·馬斯克正處於這種境地，他想憑藉一種全新材料來增加特斯拉汽車的行駛里程，那麼，這種新材料是什麼呢？它又具有哪些特性跟優勢呢？這期讓我們看看特斯拉的秘密武器——硼烯電池。

硼烯電池結構

電池已經成為了現代科技的重要組成部分，它悄無聲息，但卻可以為我們身邊的很多東西提供動力，這讓我們得以擺脫電源插座的束縛，比如智慧手機、心臟起搏器等等。由此可以看出，電池在現代科技中扮演著十分重要的角色。所以，科學家們一直在尋找最優的材料來製造電池，以提高它們的效能。例如增加續航里程，加快充電速度、最佳化熱傳導係數，加強安全性等等。除此之外，他們還要努力降低電池製造成本，讓電子裝置的價格更加親民。

馬斯克對電池十分著迷，他的夢想就是用零排放的電動汽車取代產生溫室效應的燃油汽車，以此來保護環境。電動汽車的關鍵就是電池，它的主要作用就是儲存能量，驅動電動機運轉。電動汽車的電池效能越強，就會有越多的燃油汽車使用者轉投到電動汽車的陣營。

馬斯克甚至計劃建造一架電動飛機，在我看來，這就有些困難了，因為這塊驅動飛機飛行的電池，必須要足夠輕便，具有更高的能量密度以驅動飛機長距離飛行。不過，根據目前的情況來看，還沒有任何一種電池符合這樣的要求，作為電池行業的巨頭，雖然特斯拉已經擁有了屬於自己的高效能電池，但他仍舊在不斷尋找更好的電池材料。

4680電池

市場上大部分在售的電動汽車使用的都是鋰離子電池，其中就包括了特斯拉的roadster跑車。鋰電池相比於傳統的鉛酸電池有許多優點。比如具有更高的能量密度、較低的維護成本、使用壽命也更長。然而，當把鋰電池放進汽車中時，同樣也出現了一些缺點。相比於燃油汽車它的重量更重，生產成本更高，電池的充電速度很慢。在使用一段時間後，電池可能會出現衰減和鼓包的現象。

大家肯定聽說過石墨烯材料，它曾經被認為是最具潛力的材料之一，可以運用到很多行業，比如建築、電子、能源甚至是健康。在最初被發現的那段時間，科學家們為它撰寫了8000多篇論文，顯示出了科學界對它的極大興趣。顧名思義，石墨烯是從石墨中提取出來的，它完全由碳原子組成，在1毫米的石墨中含有大約300多萬層石墨烯，石墨是一種三維晶體結構，而石墨烯是一種二維晶體，它只有一個原子，這讓碳完美的分佈在了六角形蜂窩結構中。每一層的厚度為0。3奈米，每個原子之間的距離為0。1奈米，石墨烯可以透過加強電極的導電率，提高電池效能和機械的穩定性，同樣也可以降低電池制的造成本，延長電池的使用壽命。

石墨烯

但現在出現了一種更為神奇的材料，甚至比石墨烯更勝一籌，科學家們把它稱為硼烯，它是一種在玻璃纖維中發現的化學元素。有趣的是在3D狀態下，硼是一種非金屬半導體。但在2D形態中，它又變成了一種金屬。硼烯具有良好的延展性、柔韌性和導電性，這讓它成為了下一代電子裝置，比如可穿戴裝置、光探測器以及量子計算機的有力競爭者。

2004年當石墨烯被發現後，科學家們也開始尋找其他2D材料，因為維持石墨烯碳原子之間的化學鍵強度過強，很難被控制。在結構上，硼烯跟石墨烯十分類似，也擁有六角形結構。每個點都有一個硼原子，不同的是，在硼的中心有一個額外的硼原子，理論上說，這可以讓硼更加穩定。由於呈週期性變化，每5箇中有4個是被佔據的，只有1個是空著的，只要空位以最穩定的最低能量結構分佈，科學家們就可以重新排列硼在元素週期表的位置。所以，科學家們使用了很多材料跟硼反應，希望得到新的2d結構材料。

直到2015年，科學家們首次合成出了硼烯。它是先將硼沉積在銀質底座上，再利用分子束的超高真空條件得來的，硼烯跟石墨烯還有一個不同，石墨烯很容易被剝離，而硼烯是完全長在底襯上的，這是因為石墨烯是多層結構，而硼烯是單層結構，這大大影響了它的實用性。然而在不久之前，一個科學家團隊成功地創造出了雙層原子硼烯結構，這意味著硼烯將跟石墨烯一樣，進入實際應用階段。

硼烯結構示意圖

雙層結構不僅保留了硼烯的所有優勢，還大大增加了它的儲能能力。較大的電容、良好的導電性以及離子導電性是決定這個材料能否用作電極的關鍵。硼烯具有較高的表面活性，這有助於實現金屬材料的超高儲存容量。此外，硼烯的結構更有助於導電。所以，它完全可以被用作電池的電極材料。不僅如此，硼烯跟鋰離子有著很強的相互作用，科學家們還發現，硼氫化鈉可以作為很好的鋰電池正極材料，它的效能要遠高於磷酸鹽和其他材料。因為它具有更高的容量，更高的導電率以及更高的運輸能力，硼烯或許會真的成為一種新型電池。

那麼你認為，硼烯會取代石墨烯嗎？