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石墨烯發展路線漸明

時間:2015-12-09 12:07來源:中國能源報作者:信息發布點擊: 次

　11月30日，為引導石墨烯產業創新發展，工信部、國家發改委、科技部三部委聯合發布《關于加快石墨烯產業創新發展的若干意見》（以下簡稱《意見》）。

　　據悉，作為“21世紀最具發展潛力”的神奇材料，石墨烯在清潔能源、海水淡化、可穿戴技術、生物醫學、電子信息等領域將帶來革命性變化，未來10年內，有望形成千億產業規模，拉動萬億產業鏈。

　　石墨烯到底有多神奇？ “褪去”一些極具視覺沖擊報道的“外衣”，這些新技術的本來面目是什么？

　　真真假假，市場未知概念已火

　　近期，石墨烯電池獲突破性進展的報道時有“重磅”拋出：特斯拉很快將做到一次充電行駛500英里，很可能使用硅/石墨烯負極代替目前的石墨負極；華為Mate 8發布會前，有消息稱該產品將采用全新的石墨烯電池，5分鐘可充入48%的電量，供華為手機通話10小時；繼去年底西班牙爆出石墨烯公司Graphenano研究出首例石墨烯聚合材料電池，充電10分鐘將跑1000公里的消息后，又有報道稱該公司將建設石墨烯聚合物電池制造廠，滿產后電池年產量將超過80萬塊；另有報道稱山東玉皇新能源有限公司研制出石墨烯電池，充電半小時可跑400公里。

　　針對特斯拉采取硅/石墨烯代替目前的石墨負極能提高能量密度的傳聞，業內人士告訴《中國能源報》記者，硅材料具有最高的理論比容量，但硅在充放電過程中體積膨脹顯著，會導致活性物質粉化脫落，而使容量迅速衰減。而利用石墨烯的高比表面積、優異導電性和強機械韌性，可有效提高硅負極的循環性能。但他同時表示，特斯拉實現這種高性能石墨烯電池的量產，可能需要數年時間。

　　記者進一步了解到，華為Mate 8發布會并未透露有關石墨烯電池的任何事宜，而之前發布有石墨烯信息的微博并沒有官方認證。華為消費者業務董事長余承東對外界表示：華為一直在研發石墨烯技術，技術成熟度領先，但是石墨烯目前不具備商業化的條件，市場上也沒有企業能夠量產，商業化還需要時間。

　　對于西班牙的石墨烯聚合材料電池，記者采訪的多位業內專家均稱，沒有見到過該公司的產品，也沒有查到充放電曲線、中值電壓等基本參數。有專家指出，如果他們所用的是超級電容和鋰電池組成的電池組，那么以目前常用的電動車設計，能量也遠遠達不到1000公里。

　　而山東玉皇新能源有限公司副總經理高洪森則對記者表示，他們已具有研發充電10分鐘充滿80％電量、續航300～400公里電池的能力，但由于充電樁不太理想，還未達到理想狀態。針對“玉皇稱加入石墨烯后可在-20℃充電”的報道，高洪森表示，目前0℃以下還不能完成充電，電池可在-40～55℃使用，充電環境溫度則要在0～45℃。

　　中國的石墨烯企業不在少數，但中國石墨烯聯盟秘書長李義春指出，目前這些企業均處于發展初期，能否形成產業龍頭，還需要觀察。盡管如此，并不妨礙石墨烯在資本市場的熱度持續高漲，不少上市公司涉足石墨烯概念股。

　　應用廣泛，儲能領域被看好

　　記者了解到，石墨烯是人類已知的最薄、最堅硬的納米材料，在光、電、熱、力等方面具有優異性能，極具應用潛力。但目前石墨烯材料批量化生產和應用尚未完全實現，真正應用的領域還較為有限。

　　石墨烯材料為何如此之火？北京有色金屬研究總院劉冠偉博士、天津師范大學能源與材料工程中心執行主任李喜飛在接受記者采訪時一致指出，2010年安德烈·海姆因發現石墨烯而獲諾貝爾獎，自此石墨烯倍受關注。一位不愿具名的業內人士告訴記者，由于近年來傳統能源消耗帶來的環境污染事件集中爆發，亟需推動清潔能源技術發展。而我國石墨產量大，全世界石墨資源儲量約15億噸，我國儲量約10億噸，前景很被看好。

　　《意見》指出，發展石墨烯產業，對帶動相關下游產業技術進步，提升創新能力，加快轉型升級，激活潛在消費等，都有著重要的現實意義。我國石墨烯材料及應用經過自主系統研發，生產技術、料、智能穿戴等產品上的應用效果逐步顯現。當前，我國石墨烯材料正處于從實驗室走向產業化的關鍵時期。

　　劉冠偉指出，實驗室成果并不等于工業化。在他看來，目前“石墨烯電池”技術接近于不存在，石墨烯只在理論上能夠提高充放電速率，而對于容量的提升基本沒有任何幫助。他指出，石墨烯材料本身納米材料的高比表面積等性質與現在的鋰離子電池工業的技術體系是不兼容的，而且成本高昂。石墨烯的本征特性決定了其在超級電容中應用的希望比在鋰離子電池中要大一些，但如果用超級電容做電動汽車，充電很快，但續航里程會非常糟糕。

　　但安德烈·海姆指出，10年前，一些人認為石墨烯只是噱頭，將很快消失，但事實并非如此，一些當初認為石墨烯是炒作的人，最終加入到石墨烯的研究中。“不管你喜歡與否，它們將不可避免的在今后被應用，我們應該運用這些材料進行科學研究，并將它們很好地利用起來。”

　　市場對新材料的價格極其敏感。李喜飛就對記者表示，石墨烯的應用價值有多大，要看它取代什么材料，在價格上有優勢才有望被廣泛采用。另有不愿具名的專家也指出，目前阻礙石墨烯應用的主要問題是高昂的生產成本。

　　石墨烯應用于哪個領域最被看好？多位專家在接受記者采訪時普遍表示，儲能領域最被看好。上述專家認為，隨著石墨烯氧化還原制備技術的不斷提高，規模化制備成本也將逐步下降，當價格降低到市場可接受的程度時，石墨烯將快速滲透到儲能領域當中，率先實現石墨烯在下游應用領域的規模化應用。

　　極具潛力，有望成為先導產業

　　《意見》指出，我國多個具有石墨烯特色的產業創新示范區已露雛形，產業化步伐明顯加快。

　　記者了解到，中航工業集團石墨烯產業化基地于11月27日落戶天津東麗區，中航工業董事長、黨組書記林左鳴表示，將以石墨烯技術為契機，實現科技創新的“彎道超車”。據悉，中航工業掌握了高性能、低成本石墨烯納米片和石墨烯薄膜的制備技術，可以將石墨烯控制在三層以下。預計未來兩年，中航工業將有近10個石墨烯項目進行產業化。

　　目前，石墨烯產業已經被國家納入戰略布局。《中國制造2025》選擇10大優勢和戰略產業實現重點突破，9月29日，首個重點領域技術路線圖發布。其中，將新材料領域細分為前沿新材料、關鍵戰略材料和先進基礎材料三大方向，而石墨烯材料就是前沿新材料的四大重點之一。此外，“十三五”新能源汽車重點專項，也將石墨烯等新材料列為重點發展領域。

　　重點領域技術路線明晰了石墨烯未來十年的發展目標：到2020年實現電動汽車鋰電池用石墨烯基電極材料，較現有材料充電時間縮短1倍以上，續航里程提高1倍以上；海洋工程等用石墨烯基防腐蝕涂料，較傳統防腐蝕涂料壽命提高 1 倍以上；柔性電子用石墨烯薄膜，性價比超過 ITO，且具有優異柔性，可廣泛應用于柔性電子領域；光/電領域用石墨烯基高性能熱界面材料，石墨烯基散熱材料較現有產品性能提高2倍以上。到2025年，各行業實現產業化與規?；瘧?。

　　《意見》提出，將把石墨烯產業打造成先導產業，著力提升石墨烯材料及其應用產品的綜合性能，推進石墨烯首批次產業化應用，加快培育和壯大石墨烯產業。根據《意見》，到2020年，將形成完善的石墨烯產業體系，實現石墨烯材料標準化、系列化和低成本化，建立若干具有石墨烯特色的創新平臺，掌握一批核心應用技術，在多領域實現規?；瘧?。形成若干家具有核心競爭力的石墨烯企業，建成以石墨烯為特色的新型工業化產業示范基地。

　　據了解，為保障石墨烯產業健康發展，《意見》要求相關部門因地制宜研究相關政策措施，國家將加大政策扶持，加強投融資引導，完善標準規范體系，并加強行業管理服務。

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