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石墨烯电池多方面技术难突破 商用有待时日

   2015-12-09 电池中国网 2480
核心提示:前不久,中国国家领导人在英国参观了曼彻斯特大学国家石墨烯研究所。最近,工信部、发改委和科技部共同发布了《关于加快石墨烯产业创新发展的

前不久,中国国家领导人在英国参观了曼彻斯特大学国家石墨烯研究所。最近,工信部、发改委和科技部共同发布了《关于加快石墨烯产业创新发展的若干意见》,力挺石墨烯行业发展并将其提升到“先导产业”的高度。随后,一些公司亦宣布已经可以量产石墨烯,甚至成本已经可以低至3元/克。一时间,国内石墨烯产业发展似乎已然“风光无限好”。

石墨烯将成先导产业

据了解,石墨烯是只有一个碳原子厚度的二维材料,这意味着真正的石墨烯是单层的,仅有一个原子的厚度,是目前已知的最薄的一种材料。正是在单层的条件下,石墨烯才具备多重让人惊喜的属性。比如在纳米级别上,其强度是钢铁的20倍,但同时具有20%拉伸不断裂的柔性;它几乎是完全透明的,只吸收2.3%的光;石墨烯的导热系数高达5300W/m˙K,高于碳纳米管和金刚石,常温下其电子迁移率超过15000cm2/V˙s。这些优异的性质,被认为是石墨烯可以颠覆很多产业的原因。

哈尔滨工业大学教授袁国辉认为,石墨烯作为一种新材料,有很多潜在的功能和应用。尽管目前还没有大规模应用,但是如果未来技术能有突破,市场规模将难以限量。现在工信部等提出“把石墨烯产业打造成先导产业”,体现了国家看好其未来在多个领域能产生的效益。我认为这是政府对产业的战略性考虑,出台扶持文件能够对我国的石墨烯产业发展起到一定的引导作用。

中国非金属矿工业协会石墨专业委员会副秘书长刘荣华表示,目前石墨烯的主要制备方式是利用天然石墨。我国的石墨资源储存丰富,市场规模大,而且现在企业投资也非常积极,资本也很充足,这些都对石墨烯产业发展有很好的推动作用。

多数石墨烯还未走出实验室

对于资本市场而言,石墨烯早已不是新的热点。这种目前发现的最薄、强度最大、导电导热性能最强的一种新型纳米材料,被认为是“新材料之王”,一旦石墨烯商业应用实现突破,未来前景难以估量。

鉴于石墨烯可能存在的这些突出性能,近年来关于石墨烯应用的消息总能引发关注。然而,目前石墨烯的许多优质性能及产品还难以在实验室之外的地方展现,而相关产品的批量化生产更是遥遥无期。例如,石墨烯作为透明导电膜使用时,其工业产品的制备便存在一定的瓶颈,使得产品中石墨烯原有的电导率低等特性无法发挥;石墨烯替代硅应用于高性能集成电路和新型纳米电子器件中,也由于单层石墨烯没有带隙,无法实现逻辑电路必需的晶体管开关功能,工艺复杂性程度大幅提高,在微电子领域广泛使用还有待时日。

在石墨烯电池领域,“充电速度为普通电池的1000倍”、“充电十分钟能跑1000公里”等曾经被认为将是石墨烯电池能带来的突破。然而就目前来看,究竟什么是石墨烯电池都难以定义,也未能看到有进展性研究。北京有色金属研究总院高级工程师、清华大学博士刘冠伟甚至直接撰文称“石墨烯电池技术接近于不存在,其噱头意义远大于使用价值”。

此外,高昂的价格也是阻碍石墨烯迈向商业化的一大瓶颈。据北京航空航天大学教授程群峰介绍,目前科研单位做研究用的、品质好一点的氧化石墨烯,价格都在每克上千元左右,而真正单层石墨烯的价格仍然是每克数千元甚至数万元。按此价格来对比此前在市场上反复被热炒的石墨烯电池,锂电池里用的石墨电极和导电炭黑价格在每吨10万元左右,根本没有可比性。

清华大学材料学院教授朱宏伟同样认为,石墨烯在高端产品上的应用还是个世界性难题,“原来硅、塑料等材料都是上百年才应用成熟。石墨烯从发现到目前不过短短10来年时间,成熟的制备技术还很漫长。现在一些企业如果想通过石墨烯商用盈利,我认为短期根本不可能。”

 
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