石墨烯電池面臨著哪些困境？
來源：寶鄂實業(yè)
2019-11-20 10:14
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制造之難
在中科院上海微系統(tǒng)所(下稱“中微所”)研究員丁古巧看來，獨特的結構帶來的優(yōu)異性能從某種程度而言也成為石墨烯材料普及的制約因素。“從材料結構而言，單個碳原子層組成的二維材料，沒辦法單獨使用，而石墨烯自身化學鍵飽和，又很難和其他材料復合。”丁古巧向記者介紹道。
丁古巧所在的課題組從2009年就開始進行石墨烯材料的基礎科學研究，不斷追求更環(huán)保、更高質量、規(guī)?；氖┎牧现苽浼夹g，在從通常使用的強氧化技術，逐漸發(fā)展到少使用或不使用強酸強氧化劑的機械剪切剝離技術。
這種剝離工藝和英國曼徹斯特大學物理學家安德烈˙海姆和康斯坦丁˙諾沃肖洛夫最初從石墨材料中分離出石墨烯的方法如出一轍，即利用每個原子層之間相對微弱的結合力，用透明膠帶粘住石墨片層的兩面，反復粘貼撕開，直到獲得只有一層原子厚度的石墨烯。
看似簡單的提取方式雖然可以獲得高品質的石墨烯，但石墨烯的大小只能靠運氣且很難實現(xiàn)量產(chǎn)，因為1毫米厚的石墨薄片就能剝離出300萬層石墨烯。除此之外還有氧化還原法、化學氣相沉積法、超聲剝離法等。
“多數(shù)化學方法制備的石墨烯，并不是純石墨烯，其實質為多層的石墨堆積，產(chǎn)品質量無法得到保障;化學氣相沉積制備石墨烯薄膜成本高，成品率低，難以進行批量化生產(chǎn)。”弗若斯特沙利文全球合伙人兼大中華區(qū)總裁王昕博士告訴記者。
目前的石墨烯主要有兩種形態(tài)，一種是石墨烯薄膜，一種是類似炭黑的石墨烯粉體，兩者的應用方向也不盡相同。薄膜形態(tài)的石墨烯已經(jīng)可以大規(guī)模生產(chǎn)，包括重慶墨?？萍加邢薰尽⒊Ｖ荻S碳素、無錫格非等公司。
但石墨烯粉體則是爭議最為集中的領域。一些公司和機構將單層和多層混為一談，將厚度遠遠超過10個原子層的石墨烯微片或石墨烯納米片也稱為石墨烯。“目前國內很多公司號稱可以做100噸、500噸甚至上千噸，夸大成分比較大，且大部分并不是真正的石墨烯，非專業(yè)人士很難分辨清楚。”丁古巧說道。
科研和產(chǎn)業(yè)未有效銜接
目前我國的石墨烯生產(chǎn)企業(yè)已經(jīng)超過百家，尤其在常州、青島、重慶、無錫、深圳等地形成了產(chǎn)業(yè)集群。但與海外三星、IBM、諾基亞、英特爾、陶氏化學等大公司推動產(chǎn)業(yè)化應用不同，中國的石墨烯生產(chǎn)多集中于中小型公司，大型企業(yè)較少參與。
但推至科研角度而言，中國在石墨烯研究處于世界領先位置。根據(jù)中華人民共和國知識產(chǎn)權局、Wind數(shù)據(jù)庫資料，2015年中國專利申請數(shù)量達7925個，居全球第一。而從專利布局來看，企業(yè)和學?？傉急冗_80%以上，公司占比低于學校，產(chǎn)業(yè)化進程提速有限。
而在王昕的觀察看來，“我國雖然科研人員和成果數(shù)量大，但高精尖的原始科研成果還較少，大多采用跟蹤研究的方法，重大創(chuàng)新還比較少，研究成果還主要集中在基礎研究領域，高端應用技術還相對薄弱。”
空有產(chǎn)能銷量低迷
更為值得關注的是，應用技術突破難導致產(chǎn)業(yè)鏈下游尚未形成，很多宣稱能夠生產(chǎn)上百噸石墨烯的公司，空有產(chǎn)能，卻很難賣出產(chǎn)品。
目前，國內能夠規(guī)?；慨a(chǎn)的石墨烯公司只有少數(shù)幾家。記者查詢了各家官網(wǎng)公開資料，如常州第六元素材料科技股份有限公司2013年11月，一條年產(chǎn)100噸氧化石墨(烯)的自動化生產(chǎn)線宣布投產(chǎn)，并預計2016年可年產(chǎn)1000噸粉體石墨烯，銷售收入超過6億元。
在中科院上海微系統(tǒng)所(下稱“中微所”)研究員丁古巧看來，獨特的結構帶來的優(yōu)異性能從某種程度而言也成為石墨烯材料普及的制約因素。“從材料結構而言，單個碳原子層組成的二維材料，沒辦法單獨使用，而石墨烯自身化學鍵飽和，又很難和其他材料復合。”丁古巧向記者介紹道。
丁古巧所在的課題組從2009年就開始進行石墨烯材料的基礎科學研究，不斷追求更環(huán)保、更高質量、規(guī)?；氖┎牧现苽浼夹g，在從通常使用的強氧化技術，逐漸發(fā)展到少使用或不使用強酸強氧化劑的機械剪切剝離技術。
這種剝離工藝和英國曼徹斯特大學物理學家安德烈˙海姆和康斯坦丁˙諾沃肖洛夫最初從石墨材料中分離出石墨烯的方法如出一轍，即利用每個原子層之間相對微弱的結合力，用透明膠帶粘住石墨片層的兩面，反復粘貼撕開，直到獲得只有一層原子厚度的石墨烯。
看似簡單的提取方式雖然可以獲得高品質的石墨烯，但石墨烯的大小只能靠運氣且很難實現(xiàn)量產(chǎn)，因為1毫米厚的石墨薄片就能剝離出300萬層石墨烯。除此之外還有氧化還原法、化學氣相沉積法、超聲剝離法等。
“多數(shù)化學方法制備的石墨烯，并不是純石墨烯，其實質為多層的石墨堆積，產(chǎn)品質量無法得到保障;化學氣相沉積制備石墨烯薄膜成本高，成品率低，難以進行批量化生產(chǎn)。”弗若斯特沙利文全球合伙人兼大中華區(qū)總裁王昕博士告訴記者。
目前的石墨烯主要有兩種形態(tài)，一種是石墨烯薄膜，一種是類似炭黑的石墨烯粉體，兩者的應用方向也不盡相同。薄膜形態(tài)的石墨烯已經(jīng)可以大規(guī)模生產(chǎn)，包括重慶墨?？萍加邢薰尽⒊Ｖ荻S碳素、無錫格非等公司。
但石墨烯粉體則是爭議最為集中的領域。一些公司和機構將單層和多層混為一談，將厚度遠遠超過10個原子層的石墨烯微片或石墨烯納米片也稱為石墨烯。“目前國內很多公司號稱可以做100噸、500噸甚至上千噸，夸大成分比較大，且大部分并不是真正的石墨烯，非專業(yè)人士很難分辨清楚。”丁古巧說道。
科研和產(chǎn)業(yè)未有效銜接
目前我國的石墨烯生產(chǎn)企業(yè)已經(jīng)超過百家，尤其在常州、青島、重慶、無錫、深圳等地形成了產(chǎn)業(yè)集群。但與海外三星、IBM、諾基亞、英特爾、陶氏化學等大公司推動產(chǎn)業(yè)化應用不同，中國的石墨烯生產(chǎn)多集中于中小型公司，大型企業(yè)較少參與。
但推至科研角度而言，中國在石墨烯研究處于世界領先位置。根據(jù)中華人民共和國知識產(chǎn)權局、Wind數(shù)據(jù)庫資料，2015年中國專利申請數(shù)量達7925個，居全球第一。而從專利布局來看，企業(yè)和學?？傉急冗_80%以上，公司占比低于學校，產(chǎn)業(yè)化進程提速有限。
而在王昕的觀察看來，“我國雖然科研人員和成果數(shù)量大，但高精尖的原始科研成果還較少，大多采用跟蹤研究的方法，重大創(chuàng)新還比較少，研究成果還主要集中在基礎研究領域，高端應用技術還相對薄弱。”
空有產(chǎn)能銷量低迷
更為值得關注的是，應用技術突破難導致產(chǎn)業(yè)鏈下游尚未形成，很多宣稱能夠生產(chǎn)上百噸石墨烯的公司，空有產(chǎn)能，卻很難賣出產(chǎn)品。
目前，國內能夠規(guī)?；慨a(chǎn)的石墨烯公司只有少數(shù)幾家。記者查詢了各家官網(wǎng)公開資料，如常州第六元素材料科技股份有限公司2013年11月，一條年產(chǎn)100噸氧化石墨(烯)的自動化生產(chǎn)線宣布投產(chǎn)，并預計2016年可年產(chǎn)1000噸粉體石墨烯，銷售收入超過6億元。
