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石墨烯+新能源

石墨烯在新能源领域应用广泛

近段时间,石墨烯在新能源,尤其是储能领域,不断迎来技术突破,如东旭光电、华为、碳世纪先后推出石墨烯基电池。

据东旭光电副总经理王忠辉介绍,目前石墨烯在电池中主要有两种作用方式,一是作为导电添加剂,石墨烯具有非常高的导电率和导热率,一是用石墨烯包覆正极材料。

在宁波中车新能源超级电容研究所副所长郑超看来,石墨烯将进一步提升超级电容器的能量密度和功率密度,石墨烯基超级电容器是非常具有前景的应用材料。

北京石墨烯研究院执行院长魏迪介绍了用于可穿戴技术的单分子石墨烯电池、基于氧化石墨烯的打印电池、基于石墨烯墨水的电池等最新研究成果。“可穿戴能源器件的首要要求是安全性和能量密度,石墨烯优异的物理机械性能、高导热性、高散热性是可穿戴能源器件的良好载体。”魏迪表示。

在清华大学教授朱宏伟看来,石墨烯在太阳能电池、光电等领域的应用研究,尽管目前主要处于研发阶段,但应用潜力巨大。“通过类比硅材料的发展史,石墨烯的发展可以从中借鉴很多经验,目前石墨烯在光伏、光电领域的应用与在锂电池等领域相比还很不成熟,主要原因是由于高质量、大面积的单层石墨烯薄膜规模化制备技术还不成熟,业界还需要努力。”朱宏伟坦言。

基于一系列的优异性能,使石墨烯在新能源、柔性电子、军工等方面有很多潜在的应用。“预计可能会带来一个千亿级的产业,甚至可能带来某些传统领域的颠覆性事件。像美国、日本、欧盟、韩国等国都把石墨烯研究列入国家战略层面。”银基烯碳集团高级研究员于灏表示。

产业化进程并不顺利

不少专家学者认为,目前整个石墨烯产业还处于市场培育期,尚未达到市场的快速增长期。尽管石墨烯应用到新能源,尤其是电池中,提升电池性能,但在实际中过程中,产业化推进并不顺利。

王忠辉表示,从产业化角度来看,“必须要评估石墨烯电池性能的提升到底有多大?如果电池性能只提升了5%、10%,下游企业愿不愿意去为了追求这5%、10%或者很小的提升而去尝试用石墨烯?反之,如果石墨烯对电池性能的突破是颠覆性的,那么下游企业的积极性肯定会非常高。所以,性能提升多少是一个非常重要的原因,技术的突破上还需要做大量的工作。”

“在商言商”,成本问题也是一大掣肘,尤其是商业化应用,涉及到价格就会非常谨慎。此外,新材料的导入,需要下游应用市场做出相应的调整,比如有的工艺、设备是不是和新的材料相匹配?需不需要为了材料的应用进行改造?

中国航发北京航空材料研究院高级工程师燕绍九认为,任何一个成熟的产品都要经历一个过程,首先有材料、有工艺、再有装备、最终才能形成产品,产品到商品还有一大步。“整个产业化的过程当中,事实上面临很多的问题,需要一一去破解。”

“石墨烯进入产业链下游,要以企业为导向,以应用产品为导向,下游应用企业可以牵头做一些标准,以更好地推动石墨烯的应用产业化。”宁波中车新能源超级电容研究所副所长郑超直言。

行业发展尚需切实努力

近年来,国家对石墨烯的重视也在不断加码、政策利好不断。在《中国制造2025》重点领域技术路线图中提到,中国石墨烯产业未来总体目标是“2020年形成百亿产业规模,2025年整体产业规模突破千亿。”

近日,工信部部长苗圩也表示,“十三五”期间工信部将联合有关部门,大力推进新材料产业的发展,从先进基础材料、关键战略材料和新材料着手,解决共性、核心问题,并大力鼓励新材料市场应用。

在专家们看来,虽然石墨烯在新型储能材料上具有独特的优势和巨大的潜力,在新能源领域应用前景广阔,但目前仍处于初级阶段,应循序渐进、脚踏实地予以推进,不应急于求成。

中国科学院院士、中关村石墨烯产业联盟理事长刘忠范强调,石墨烯的应用研究刚刚走出实验室,仍处于产业化的前夜,至多属于起步阶段。这个行业需要耐心,需要坚持,需要踏踏实实努力,石墨烯领域最需“工匠精神”。

“石墨烯在新能源领域有很大的机遇,但是也同样面临很大的挑战,石墨烯行业目前最重要的是要避免跟风炒作,踏实埋头苦干。” 中科院国家纳米中心研究员智林杰也表达了同样的看法。