作為目前發(fā)現(xiàn)的強度最高、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，而新能源是一個大的領(lǐng)域，當(dāng)石墨烯遇到新能源，又將是怎樣的場景？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”專題研討會上，各方就其前景展開探討。
石墨烯在新能源領(lǐng)域應(yīng)用廣泛
近段時間，石墨烯在新能源，尤其是儲能領(lǐng)域，不斷迎來技術(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。
在寧波中車新能源超級電容研究所副所長鄭超看來，石墨烯將進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(yīng)用材料。
北京石墨烯研究院執(zhí)行院長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(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，石墨烯在太陽能電池、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，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)計可能會帶來一個千億級的產(chǎn)業(yè)，甚至可能帶來某些傳統(tǒng)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(zhàn)略層面。”銀基烯碳集團高級研究員于灝表示。
產(chǎn)業(yè)化進程并不順利
不少專家學(xué)者認為，目前整個石墨烯產(chǎn)業(yè)還處于市場培育期，尚未達到市場的快速增長期。盡管石墨烯應(yīng)用到新能源，尤其是電池中，提升電池性能，但在實際中過程中，產(chǎn)業(yè)化推進并不順利。
王忠輝表示，從產(chǎn)業(yè)化角度來看，“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)的積極性肯定會非常高。所以，性能提升多少是一個非常重要的原因，技術(shù)的突破上還需要做大量的工作。”
“在商言商”，成本問題也是一大掣肘，尤其是商業(yè)化應(yīng)用，涉及到價格就會非常謹(jǐn)慎。此外，新材料的導(dǎo)入，需要下游應(yīng)用市場做出相應(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，任何一個成熟的產(chǎn)品都要經(jīng)歷一個過程，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。“整個產(chǎn)業(yè)化的過程當(dāng)中，事實上面臨很多的問題，需要一一去破解。”
“石墨烯進入產(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)，以更好地推動石墨烯的應(yīng)用產(chǎn)業(yè)化。”寧波中車新能源超級電容研究所副所長鄭超直言。
行業(yè)發(fā)展尚需切實努力
近年來，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》重點領(lǐng)域技術(shù)路線圖中提到，中國石墨烯產(chǎn)業(yè)未來總體目標(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，工信部部長苗圩也表示，“十三五”期間工信部將聯(lián)合有關(guān)部門，大力推進新材料產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，從先進基礎(chǔ)材料、關(guān)鍵戰(zhàn)略材料和新材料著手，解決共性、核心問題，并大力鼓勵新材料市場應(yīng)用。
在專家們看來，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(yīng)用前景廣闊，但目前仍處于初級階段，應(yīng)循序漸進、腳踏實地予以推進，不應(yīng)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)盟理事長劉忠范強調(diào)，石墨烯的應(yīng)用研究剛剛走出實驗室，仍處于產(chǎn)業(yè)化的前夜，至多屬于起步階段。這個行業(yè)需要耐心，需要堅持，需要踏踏實實努力，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(zhàn)，石墨烯行業(yè)目前最重要的是要避免跟風(fēng)炒作，踏實埋頭苦干。”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，石墨烯充一次電，能跑上百公里。鄭超認為，這是過度的宣傳，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。“這個過程不是一蹴而就的，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，上游進行改進，形成一個很好的產(chǎn)業(yè)鏈結(jié)構(gòu)，踏踏實實進步，共同推動發(fā)展。”
筆者有話說：
切實推動石墨烯產(chǎn)業(yè)穩(wěn)步發(fā)展
自2004年問世至今，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。
目前國內(nèi)還沒有能夠?qū)崿F(xiàn)石墨烯批量生產(chǎn)的企業(yè)或研究機構(gòu)，大多數(shù)企業(yè)只能生產(chǎn)小量石墨烯，與此同時，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(yīng)用和需求也并未形成大的市場，很多成果的突破還僅限于實驗室中。更有人預(yù)計，石墨烯在8—10年內(nèi)或無法形成產(chǎn)業(yè)化。
但這并不妨礙資本的大量涌入。有統(tǒng)計顯示，目前中國石墨烯企業(yè)已超過100家，而在A股市場至少有25家上市公司涉足石墨烯概念。與此同時，中國正處于一場石墨烯的淘金熱，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，這種打著石墨烯旗號的產(chǎn)業(yè)園接近20個。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)扎扎實實，做好基本功，以質(zhì)量為本，爭取做高尖端的“殺手锏”級應(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”切實推動石墨烯產(chǎn)業(yè)穩(wěn)步發(fā)展。
