作為目前發(fā)現(xiàn)的強(qiáng)度最高、韌性最好、重量最輕、透光率最高、導(dǎo)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(duì)之寄予厚望，而新能源是一個(gè)大的領(lǐng)域，當(dāng)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(yīng)用廣泛
近段時(shí)間，石墨烯在新能源，尤其是儲(chǔ)能領(lǐng)域，不斷迎來(lái)技術(shù)突破，如東旭光電、華為、碳世紀(jì)先后推出石墨烯基電池。
據(jù)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(dǎo)電添加劑，石墨烯具有非常高的導(dǎo)電率和導(dǎo)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(jí)電容研究所副所長(zhǎng)鄭超看來(lái)，石墨烯將進(jìn)一步提升超級(jí)電容器的能量密度和功率密度，石墨烯基超級(jí)電容器是非常具有前景的應(yīng)用材料。
北京石墨烯研究院執(zhí)行院長(zhǎng)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(jī)械性能、高導(dǎo)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(yīng)用研究，盡管目前主要處于研發(fā)階段，但應(yīng)用潛力巨大。“通過(guò)類比硅材料的發(fā)展史，石墨烯的發(fā)展可以從中借鑒很多經(jīng)驗(yàn)，目前石墨烯在光伏、光電領(lǐng)域的應(yīng)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(guī)模化制備技術(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(yīng)用。“預(yù)計(jì)可能會(huì)帶來(lái)一個(gè)千億級(jí)的產(chǎn)業(yè)，甚至可能帶來(lái)某些傳統(tǒng)領(lǐng)域的顛覆性事件。像美國(guó)、日本、歐盟、韓國(guó)等國(guó)都把石墨烯研究列入國(guó)家戰(zhàn)略層面。”銀基烯碳集團(tuán)高級(jí)研究員于灝表示。
產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程并不順利
不少專家學(xué)者認(rèn)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(dá)到市場(chǎng)的快速增長(zhǎng)期。盡管石墨烯應(yīng)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(píng)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(duì)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(yīng)用，涉及到價(jià)格就會(huì)非常謹(jǐn)慎。此外，新材料的導(dǎo)入，需要下游應(yīng)用市場(chǎng)做出相應(yīng)的調(diào)整，比如有的工藝、設(shè)備是不是和新的材料相匹配？需不需要為了材料的應(yīng)用進(jìn)行改造？
中國(guó)航發(fā)北京航空材料研究院高級(jí)工程師燕紹九認(rèn)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(dāng)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(dǎo)向，以應(yīng)用產(chǎn)品為導(dǎo)向，下游應(yīng)用企業(yè)可以牽頭做一些標(biāo)準(zhǔn)，以更好地推動(dòng)石墨烯的應(yīng)用產(chǎn)業(yè)化。”寧波中車(chē)新能源超級(jí)電容研究所副所長(zhǎng)鄭超直言。
行業(yè)發(fā)展尚需切實(shí)努力
近年來(lái)，國(guó)家對(duì)石墨烯的重視也在不斷加碼、政策利好不斷。在《中國(guó)制造2025》重點(diǎn)領(lǐng)域技術(shù)路線圖中提到，中國(guó)石墨烯產(chǎn)業(yè)未來(lái)總體目標(biāo)是“2020年形成百億產(chǎn)業(yè)規(guī)模，2025年整體產(chǎn)業(yè)規(guī)模突破千億。”
近日，工信部部長(zhǎng)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(chǔ)材料、關(guān)鍵戰(zhàn)略材料和新材料著手，解決共性、核心問(wèn)題，并大力鼓勵(lì)新材料市場(chǎng)應(yīng)用。
在專家們看來(lái)，雖然石墨烯在新型儲(chǔ)能材料上具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)和巨大的潛力，在新能源領(lǐng)域應(yīng)用前景廣闊，但目前仍處于初級(jí)階段，應(yīng)循序漸進(jìn)、腳踏實(shí)地予以推進(jìn)，不應(yīng)急于求成。
中國(guó)科學(xué)院院士、中關(guān)村石墨烯產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟理事長(zhǎng)劉忠范強(qiáng)調(diào)，石墨烯的應(yīng)用研究剛剛走出實(shí)驗(yàn)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(jiān)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(jī)遇，但是也同樣面臨很大的挑戰(zhàn)，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(guó)家納米中心研究員智林杰也表達(dá)了同樣的看法。
有報(bào)道稱，石墨烯充一次電，能跑上百公里。鄭超認(rèn)為，這是過(guò)度的宣傳，石墨烯是很好的儲(chǔ)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(biāo)準(zhǔn)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(jié)構(gòu)，踏踏實(shí)實(shí)進(jìn)步，共同推動(dòng)發(fā)展。”
筆者有話說(shuō)：
切實(shí)推動(dòng)石墨烯產(chǎn)業(yè)穩(wěn)步發(fā)展
自2004年問(wèn)世至今，石墨烯熱度不減，行業(yè)預(yù)期千億規(guī)模，在應(yīng)用領(lǐng)域概念更是高頻率出現(xiàn)，然而其實(shí)質(zhì)性突破尚在觀察，石墨烯行業(yè)仍處于產(chǎn)業(yè)化前期。
目前國(guó)內(nèi)還沒(méi)有能夠?qū)崿F(xiàn)石墨烯批量生產(chǎn)的企業(yè)或研究機(jī)構(gòu)，大多數(shù)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(shì)，石墨烯下游的應(yīng)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(yàn)室中。更有人預(yù)計(jì)，石墨烯在8—10年內(nèi)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(tǒng)計(jì)顯示，目前中國(guó)石墨烯企業(yè)已超過(guò)100家，而在A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(guó)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(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，這種打著石墨烯旗號(hào)的產(chǎn)業(yè)園接近20個(gè)。一系列的發(fā)展亂象令人擔(dān)憂,泡沫化、低端化、應(yīng)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(yīng)用于材料領(lǐng)域。面對(duì)當(dāng)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(zhēng)取做高尖端的“殺手锏”級(jí)應(yīng)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(wěn)步發(fā)展。
