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充电8分钟续航1000公里 石墨烯能改变21世纪吗?

2014-11-22 核子先生

OFweek锂电网讯 它被称为“新材料之王”,又被科学家预言将“彻底改变21世纪”,它超薄、坚韧、致密的特性也成为工业消费领域盛威“新宠”,它就是石墨烯。

“石墨烯作为材料界新星,凭借优异性能可广泛应用于新能源汽车、航空航天等多个领域,有望被列为重点发展对象。”工业和信息化部原材料工业司司长周长益在日前举行的2015中国国际石墨烯创新大会上表示,包括石墨烯在内的新材料产业发展的“十三五”规划正在编制并即将出台。

下一个产业蓝海

石墨烯是一种碳原子单层平面晶体新材料,它独特的碳单层结构一度被认为无法稳定存在。2004年,英国曼彻斯特大学科学家安德烈·海姆和康斯坦丁·诺沃肖洛夫成功从石墨中分离得到石墨烯,并因此荣获2010年诺贝尔物理学奖。

作为材料界的新星,石墨烯是目前已知室温下最好的导电和导热材料,是人类已知强度最高的物质,具备极高的透光性和极大的比表面积。石墨烯优异的性能使得它在多个领域具备变革潜力,已经有所建树的领域包括散热材料、柔性触摸面板、微型传感器、二次电池、芯片材料等。

我国发展石墨烯具有天然的优势,已探明的天然石墨储量约5500万吨,居世界首位。

工业和信息化部日前公布《<中国制造2025>重点领域技术路线图(2015年版)》,对石墨烯的发展路径进行了明确梳理,指明了未来发展的方向,并明确指出石墨烯产业“2020年形成百亿产业规模,2025年整体产业规模突破千亿”的发展目标。

在国家战略指引下,我国石墨烯研发和专利持有量已在全球占据一席之地。国家在“十二五”规划中明确将包括石墨烯在内的新材料列为重要的战略性新兴产业;国家自然科学基金委员会已经陆续拨款超过3亿元资助石墨烯相关项目;国家引导石墨烯产业成立了中国石墨烯产业技术创新战略联盟,联盟成员已达53家,6位联盟常务理事单位分别对石墨烯技术路线、标准战略、专利布局、国际合作和产业促进进行支持和合理引导。

据记者了解,自2012年开始,我国在石墨烯论文和专利方面居全球首位。目前,我国石墨烯企业超过100家,并在常州、无锡、青岛、深圳等地形成产业集群。

但是,我国石墨烯产业还面临技术转化能力弱、商业应用领域窄等问题。周长益表示,工业和信息化部将以市场开发遇到的问题为导向,以终端产品的需求为牵引,采取一条龙模式,帮助企业构建完善产业链,围绕产业链配置创新链,聚集创新要素,强化上下游协同创新,提升石墨烯产品的综合性能,抓住新材料、高端装备快速发展及制造业由大变强的大好机遇,大力推进首批次的商业化运用,力争把石墨烯打造成新材料产业发展的先导产业。

 

多方合力推进产业发展

11月4日,深圳市先进石墨烯应用技术研究院、深圳市石墨烯协会揭牌成立,这是深圳市目前获批的惟一一个针对石墨烯应用的专业化研究院。 “石墨烯作为21世纪最具发展潜力的新材料,在电池、可穿戴设备、冷凝器等方面的应用频现突破,有望成为下一个万亿级的产业。”深圳市副市长陈彪表示。

深圳经过多年发展聚集了一批石墨烯的研究机构和企业,为石墨烯产业的发展壮大奠定了基础。据悉,华为与曼彻斯特大学合作研究石墨烯的应用合作及石墨烯领域的研发;比亚迪正全力研发石墨烯—磷酸铁锂电池;贝瑞特拥有多项专利正着手研发石墨烯储能电池;烯旺在石墨导电、导热、防腐等多个领域的应用研发处于国际领先水平,已申报发明专利30多项。目前深圳在石墨烯产业链的两端已经具备了推动产业快速发展的基础,特别是在下游的运用中拥有得天独厚的优势。

“东旭光电正顺应新材料领域发展趋势,将石墨烯作为公司进军新材料产业的重要抓手,积极进行石墨烯产业布局。”东旭光电投资负责人、北京旭碳新材料有限公司董事长王忠辉接受记者采访时表示。

据了解,2014年6月,东旭光电与北京理工大学共同成立了石墨烯研究院。今年3月,东旭光电又与北京理工大学共同成立北京旭碳新材料科技有限公司,作为石墨烯新材料的技术研发、项目孵化和产业运营平台,推进石墨烯制备及应用技术的突破。今年7月,东旭光电与中国石墨烯产业技术创新战略联盟签署战略合作协议,双方在信息交流、资源整合、战略规划、市场推广等领域展开全方位战略合作,打造专业化的石墨烯产业投融资平台——北京东旭华清投资有限公司。

“在石墨烯应用领域,石墨烯透明导电薄膜有望最先实现产业化。”王忠辉表示,目前,国内多家科研院所和企业已经掌握石墨烯薄膜的小批量制备技术,但现有工艺设备无法实现批量化生产,目前正在解决石墨烯薄膜“卷对卷”生产技术,提高生产效率,降低生产成本。

而日前,青岛市政府向石墨烯的发现者安德烈·海姆颁发证书,大手笔布局石墨烯产业。目前青岛多家高校、科研机构和企业都开展了石墨烯及相关产品的研究与开发,青岛高新区作为中国北方惟一的国家级石墨烯产业创新示范基地,正积极打造以石墨烯为核心,以海洋为特色的新材料科技创业园,显示出了良好的发展前景。

应用范围广泛

11月3日,北京碳世纪科技有限公司在江苏常州召开全球首条石墨烯(单层碳原子)吨级示范生产线建成新闻发布会。该生产线产品为单层碳原子材料,且年产量能够达到吨级,这在世界范围内尚属首次。标志着单层碳原子石墨烯终于走出实验室,正式实现工业化。

石墨烯实验室制备的成本高昂,其工业化制备技术被全世界科学家广泛关注和研究着,此次碳世纪技术团队开拓出一套独特的生产工艺,2014年初开始建设石墨烯吨级示范生产线,至2015年10月底正式建设完工。

据记者了解,目前,碳世纪已经在16个领域开展了23项石墨烯下游应用技术的研发,并在润滑、涂料、膜技术等领域与多家公司展开合作,其自主研发的碳威牌石墨烯发动机油改进剂产品已经开始量产和销售。

 

济南圣泉集团股份有限公司推出的由石墨烯内暖纤维制造的圣养牌多功能服饰则让石墨烯穿戴起来。据圣泉董事长唐一林介绍,目前,圣泉集团已经建立起全球首条100吨/年生物质石墨烯工业化生产线,生产的能导电导热,又能抗菌抑菌的“圣养”石墨烯服饰已经开始投放市场。而制备石墨烯所用材料均为价格低廉、数量庞大、来源广泛的农作物秸秆,在实现石墨烯工业化充分量产之后,将拥有产量和价格双重优势。

深圳烯旺新材料科技股份有限公司推出的石墨烯智能理疗护腰产品,在京东众筹平台上一个月内筹集938万余元,获得1.2万余名支持者。

而石墨烯润滑油的出现,将成为润滑油行业一项重大的转折点。石墨烯润滑油不仅节能减排,没有任何大气污染,而且有利于汽车省油和续航,实现企业和用户双赢。随着国家对环保的重视,石墨烯润滑油未来将会有更加广阔的发展空间

目前已存在石墨烯聚合材料电池,其储电量是目前市场最好产品的三倍,用此电池提供电力的电动车最多能行驶1000公里,而其充电时间不到8分钟。石墨烯聚合材料电池的成本将比锂电池低77%,重量也仅为传统电池的一半。如果石墨烯材料能够广泛应用,成本降低、续航里程和充电时间减少等优势突出,将成为未来电动汽车发展的福音。

业内人士认为,长期来看,石墨烯在电动车、柔性电子领域的产品都将成为万亿级市场。在电子信息领域,石墨烯芯片的出现或将颠覆硅材料,将人类带到一个全新的时代。而短期来看,海洋工程防腐、电子器件散热则是石墨烯“最接地气”的应用,带动石墨烯材料制备的快速发展,为石墨烯在未来高端领域的应用积累技术经验和产业基础。

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