作為目前發(fā)現的強度最高、韌性最好、重量最輕、透光率最高、導電性最佳的材料，石墨烯被譽(yù)為“黑金”、“新材料之王”。自石墨烯誕生之初，各方就對之寄予厚望，而新能源是一個(gè)大的領(lǐng)域，當石墨烯遇到新能源，又將是怎樣的場(chǎng)景？在近日中關(guān)村石墨烯產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟主辦的“石墨烯+新能源”專(zhuān)題研討會(huì )上，各方就其前景展開(kāi)探討。
石墨烯在新能源領(lǐng)域應用廣泛
近段時(shí)間，石墨烯在新能源，尤其是儲能領(lǐng)域，不斷迎來(lái)技術(shù)突破，如東旭光電、華為、碳世紀先后推出石墨烯基電池。
據東旭光電副總經(jīng)理王忠輝介紹，目前石墨烯在電池中主要有兩種作用方式，一是作為導電添加劑，石墨烯具有非常高的導電率和導熱率，一是用石墨烯包覆正極材料。
在寧波中車(chē)新能源超級電容研究所副所長(cháng)鄭超看來(lái)，石墨烯將進(jìn)一步提升超級電容器的能量密度和功率密度，石墨烯基超級電容器是非常具有前景的應用材料。
北京石墨烯研究院執行院長(cháng)魏迪介紹了用于可穿戴技術(shù)的單分子石墨烯電池、基于氧化石墨烯的打印電池、基于石墨烯墨水的電池等最新研究成果。“可穿戴能源器件的首要要求是安全性和能量密度，石墨烯優(yōu)異的物理機械性能、高導熱性、高散熱性是可穿戴能源器件的良好載體。”魏迪表示。
在清華大學(xué)教授朱宏偉看來(lái)，石墨烯在太陽(yáng)能電池、光電等領(lǐng)域的應用研究，盡管目前主要處于研發(fā)階段，但應用潛力巨大。“通過(guò)類(lèi)比硅材料的發(fā)展史，石墨烯的發(fā)展可以從中借鑒很多經(jīng)驗，目前石墨烯在光伏、光電領(lǐng)域的應用與在鋰電池等領(lǐng)域相比還很不成熟，主要原因是由于高質(zhì)量、大面積的單層石墨烯薄膜規?；苽浼夹g(shù)還不成熟，業(yè)界還需要努力。”朱宏偉坦言。
基于一系列的優(yōu)異性能，使石墨烯在新能源、柔性電子、軍工等方面有很多潛在的應用。“預計可能會(huì )帶來(lái)一個(gè)千億級的產(chǎn)業(yè)，甚至可能帶來(lái)某些傳統領(lǐng)域的顛覆性事件。像美國、日本、歐盟、韓國等國都把石墨烯研究列入國家戰略層面。”銀基烯碳集團高級研究員于灝表示。
產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程并不順利
不少專(zhuān)家學(xué)者認為，目前整個(gè)石墨烯產(chǎn)業(yè)還處于市場(chǎng)培育期，尚未達到市場(chǎng)的快速增長(cháng)期。盡管石墨烯應用到新能源，尤其是電池中，提升電池性能，但在實(shí)際中過(guò)程中，產(chǎn)業(yè)化推進(jìn)并不順利。
王忠輝表示，從產(chǎn)業(yè)化角度來(lái)看，“必須要評估石墨烯電池性能的提升到底有多大？如果電池性能只提升了5%、10%，下游企業(yè)愿不愿意去為了追求這5%、10%或者很小的提升而去嘗試用石墨烯？反之，如果石墨烯對電池性能的突破是顛覆性的，那么下游企業(yè)的積極性肯定會(huì )非常高。所以，性能提升多少是一個(gè)非常重要的原因，技術(shù)的突破上還需要做大量的工作。”
“在商言商”，成本問(wèn)題也是一大掣肘，尤其是商業(yè)化應用，涉及到價(jià)格就會(huì )非常謹慎。此外，新材料的導入，需要下游應用市場(chǎng)做出相應的調整，比如有的工藝、設備是不是和新的材料相匹配？需不需要為了材料的應用進(jìn)行改造？
中國航發(fā)北京航空材料研究院高級工程師燕紹九認為，任何一個(gè)成熟的產(chǎn)品都要經(jīng)歷一個(gè)過(guò)程，首先有材料、有工藝、再有裝備、最終才能形成產(chǎn)品，產(chǎn)品到商品還有一大步。“整個(gè)產(chǎn)業(yè)化的過(guò)程當中，事實(shí)上面臨很多的問(wèn)題，需要一一去破解。”
“石墨烯進(jìn)入產(chǎn)業(yè)鏈下游，要以企業(yè)為導向，以應用產(chǎn)品為導向，下游應用企業(yè)可以牽頭做一些標準，以更好地推動(dòng)石墨烯的應用產(chǎn)業(yè)化。”寧波中車(chē)新能源超級電容研究所副所長(cháng)鄭超直言。
行業(yè)發(fā)展尚需切實(shí)努力
近年來(lái)，國家對石墨烯的重視也在不斷加碼、政策利好不斷。在《中國制造2025》重點(diǎn)領(lǐng)域技術(shù)路線(xiàn)圖中提到，中國石墨烯產(chǎn)業(yè)未來(lái)總體目標是“2020年形成百億產(chǎn)業(yè)規模，2025年整體產(chǎn)業(yè)規模突破千億。”
近日，工信部部長(cháng)苗圩也表示，“十三五”期間工信部將聯(lián)合有關(guān)部門(mén)，大力推進(jìn)新材料產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，從先進(jìn)基礎材料、關(guān)鍵戰略材料和新材料著(zhù)手，解決共性、核心問(wèn)題，并大力鼓勵新材料市場(chǎng)應用。
在專(zhuān)家們看來(lái)，雖然石墨烯在新型儲能材料上具有獨特的優(yōu)勢和巨大的潛力，在新能源領(lǐng)域應用前景廣闊，但目前仍處于初級階段，應循序漸進(jìn)、腳踏實(shí)地予以推進(jìn)，不應急于求成。
中國科學(xué)院院士、中關(guān)村石墨烯產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟理事長(cháng)劉忠范強調，石墨烯的應用研究剛剛走出實(shí)驗室，仍處于產(chǎn)業(yè)化的前夜，至多屬于起步階段。這個(gè)行業(yè)需要耐心，需要堅持，需要踏踏實(shí)實(shí)努力，石墨烯領(lǐng)域最需“工匠精神”。
“石墨烯在新能源領(lǐng)域有很大的機遇，但是也同樣面臨很大的挑戰，石墨烯行業(yè)目前最重要的是要避免跟風(fēng)炒作，踏實(shí)埋頭苦干。”中科院國家納米中心研究員智林杰也表達了同樣的看法。
有報道稱(chēng)，石墨烯充一次電，能跑上百公里。鄭超認為，這是過(guò)度的宣傳，石墨烯是很好的儲能材料，但是不要夸大其作用，要一步一步慢慢地推進(jìn)。“這個(gè)過(guò)程不是一蹴而就的，需要上下游產(chǎn)業(yè)一起，下游企業(yè)制定一些標準和要求，上游進(jìn)行改進(jìn)，形成一個(gè)很好的產(chǎn)業(yè)鏈結構，踏踏實(shí)實(shí)進(jìn)步，共同推動(dòng)發(fā)展。”
筆者有話(huà)說(shuō)：
切實(shí)推動(dòng)石墨烯產(chǎn)業(yè)穩步發(fā)展
自2004年問(wèn)世至今，石墨烯熱度不減，行業(yè)預期千億規模，在應用領(lǐng)域概念更是高頻率出現，然而其實(shí)質(zhì)性突破尚在觀(guān)察，石墨烯行業(yè)仍處于產(chǎn)業(yè)化前期。
目前國內還沒(méi)有能夠實(shí)現石墨烯批量生產(chǎn)的企業(yè)或研究機構，大多數企業(yè)只能生產(chǎn)小量石墨烯，與此同時(shí)，技術(shù)上的瓶頸還處于攻關(guān)探索期。鑒于成本劣勢，石墨烯下游的應用和需求也并未形成大的市場(chǎng)，很多成果的突破還僅限于實(shí)驗室中。更有人預計，石墨烯在8—10年內或無(wú)法形成產(chǎn)業(yè)化。
但這并不妨礙資本的大量涌入。有統計顯示，目前中國石墨烯企業(yè)已超過(guò)100家，而在A(yíng)股市場(chǎng)至少有25家上市公司涉足石墨烯概念。與此同時(shí)，中國正處于一場(chǎng)石墨烯的淘金熱，不少地方在大建特建石墨烯產(chǎn)業(yè)園。據不完全統計，這種打著(zhù)石墨烯旗號的產(chǎn)業(yè)園接近20個(gè)。一系列的發(fā)展亂象令人擔憂(yōu),泡沫化、低端化、應用乏力、小散亂等困境，無(wú)一不反映了石墨烯產(chǎn)業(yè)發(fā)展初期的浮躁之風(fēng)。
作為二維碳材料,石墨烯是極具前沿的高端科技,唯有制備過(guò)程中高品質(zhì)的石墨烯才有可能應用于材料領(lǐng)域。面對當前種種亂象，石墨烯產(chǎn)業(yè)發(fā)展更需要行業(yè)、企業(yè)扎扎實(shí)實(shí)，做好基本功，以質(zhì)量為本，爭取做高尖端的“殺手锏”級應用，要像歐美日韓等產(chǎn)學(xué)研界一樣,持之以恒、精益求精，以“工匠精神”切實(shí)推動(dòng)石墨烯產(chǎn)業(yè)穩步發(fā)展。
