背景
鋰離子交換電池充電速度快電動汽車因其清潔節能的特點而被視為汽車的未來發展方向，但電動汽車的發展面臨的主要技術瓶頸就是電池技術。這主要表現在以下幾個方面：一是電池的能量儲存密度，指的是在一定的空間或質量物質中儲存能量的大小，要解決的是電動車充一次電能跑多遠的問題。二是電池的充電性能。人們希望電動車充電能像加油一樣，在幾分鐘內就可以完成，但耗時問題始終是電池技術難以逾越的障礙。動輒數小時的充電時間，讓許多對電動車感興趣的人望而卻步。因此，有人又將電動車電池的充電性能稱為電動車發展的真正瓶頸。
新研究的鋰離子交換電池通過採用石墨烯這種神奇的材料，繞過了挑戰。石墨烯因具有如下特點成為新儲能設備的首選：它是目前已知導電性最高的材料，比銅高五倍；具有很強的散熱能力；密度低，比銅低四倍，重量更輕；表面面積是碳納米管兩倍時，強度超過鋼；超高的楊氏模量和最高的內在強度；比表面積（即單位質量物料所具有的總面積）高；不容易發生置換反應。
原理
鋰離子交換電池的陰極和陽極有非常大的石墨烯表面。在製造電池時，研究人員將鋰金屬置於陽極。首次放電時，鋰金屬發生離子化，通過電解液向陰極遷移。離子通過石墨烯表面的小孔，到達陰極。在充電過程中，由於石墨烯電極表面積很大，大量的鋰離子可以迅速從陰極向陽極遷移，形成高功率密度和高能量密度。
性能
鋰離子交換電池又稱為石墨烯表面鋰離子交換電池，或簡稱為表面介導電池（SMCS），它集中了鋰電池和超級電容的優點，同時兼具高功率密度和高能量儲存密度的特性。雖然目前的儲能設備尚未採用最佳化的材料和結構，但性能已經超過了鋰離子電池和超級電容。新設備的功率密度（即電池能輸出最大的功率除以整個燃料電池系統的重量或體積）為100千瓦/公斤，比商業鋰離子電池高100倍，比超級電容高10倍。功率密度高，能量轉移率就高，充電時間就會縮短。此外，新電池的能量儲存密度為160瓦/公斤，與商業鋰離子電池相當，比傳統超級電容高30倍。能量儲存密度越大，存儲的能量就越多。
在重量相同的情況下，僅以尚未最佳化的SMC替代鋰離子電池，SMC或鋰離子電池電動車的駕駛距離相同，但SMC的充電時間不到一分鐘，而鋰離子電池則需要數小時。
