石墨烯被称为 '黑金' , '新材料之王' , 甚至被誉为 '彻底改变21世纪的黑科技' , 围绕着石墨烯的研究一直在进行着, 尤其是在能源电池方面的研究. 尤其是对智能手机续航以及新能源电动汽车的兴起, 更是加快了石墨烯在该方面的应用.
近期有 '充电10分钟, 续航1000里的石墨烯电池来袭' 等等消息出现, 又燃起了人们的希望. 但在第二届国际碳材料大会上, 石墨烯的专家们却道出了实情: 片面的强调快充快放只是个学术说法而已, 离真正应用还遥远的很. 石墨烯在电池上会有所贡献, 但所谓的可以产生颠覆性改变还未看出来.
除了应用之外, 石墨烯本身的制备还存在着非常严重的问题, 制备难, 制备过程中产生严重的环境污染, 这都是石墨烯想要由 '碳' 变成 '黑金' 不可绕开的问题. 更重要的是, 专家表示石墨烯的标准甚至都还未制定出来, 没有达成统一.
石墨烯强国还是泡沫?
石墨烯被称为 '黑金' , '新材料之王' , 甚至被誉为 '彻底改变21世纪的黑科技' . 之所以有这样的美誉, 是因为石墨烯是人们发现的第一种由碳原子构成的单层片状结构的新材料. 由于碳原子特殊结构的排列导致了石墨烯拥有一些非常神奇的特性: 石墨烯不仅是世界上最硬的材料, 而且有很强的柔韧性; 而且拥有高导热性和超快的载流子迁移率.
这些特性随便哪一个被应用都将是颠覆当前产业的技术: 比如石墨烯的透明性, 导电性和柔性应用在电子器件领域, 就可以实现柔性触控屏, 手机可以像腕表一样折叠起来; 石墨烯的抗渗性和导电性可应用于防护涂层和阻隔膜; 石墨烯的柔性, 透明性及对多种物理信号的高灵敏度响应可以制成传感器, 应用在多功能电子皮肤; 也可以用石墨烯做电极材料, 提升储能器件的性能.
随便哪一种应用都可以说是颠覆性的革命. 华为创始人任正非在接受媒体采访时曾表示未来十年到二十年内会爆发一场技术革命, 石墨烯时代将会颠覆硅时代, 石墨烯是技术革命前沿.
因此, 石墨烯发展这十几年我国研究 '石墨烯' 的企业也层出不穷, 甚至推动了石墨烯概念股的成长. 清华大学教授沈万慈表示: '我国具有世界最大的天然石墨产业, 在石墨矿采选技术设备上也处于世界先进水平, 坦桑尼亚, 俄罗斯, 越南等国石墨产业寻求从我国引进采选技术和设备, 我国正在由石墨大国走向石墨强国.
而从数量上来看, 我国石墨烯企业也是出现了爆发式增长: 来自中国经济信息社发布的《2016-2017中国石墨烯发展年度报告》显示2016年以来我国石墨烯企业年新增企业超过700家, 其中研发类企业占比约43%.
但对于这一现象, 中国科学院院士, 北京大学化学学院教授刘忠范认为, 中国石墨烯产业发展出现了 '一拥而上' 的群众运动, 类似当年 '大跃进' 时期的大炼钢铁行动. 他在接受澎湃新闻时曾总结道: 中国的石墨烯行业存在很多不正常现象. 股票市场盲目炒作, 利用石墨烯名目圈钱; 地方政府盲目上马, 圈地建产业园; 还有一批不负责任的石墨烯玩家炒概念.
清华大学教授朱宏伟在接受网易科技采访时也表示, 中国石墨烯产业发展有点 '操之过急' , 有泡沫, 鱼龙混杂, 但是这个现象是一个东西能走向成熟, 最后能应用起来的一个必然存在的现象.
充电10分钟续航1000里? 学术说法
很明显, ' 黑金 '石墨烯有些被过度消费.
近期, 三星发布了一则报告称目前已研发出了基于石墨烯材料的新电池技术, 基于石墨烯材质所造的电池将会比目前市面上的普通电池高出45% 的容量, 能够在提高容量的同时拥有比标准充电速度快5倍的充电速度. 有媒体也将其解读为充电10分钟能跑1000里.
对此, 刘忠范则很中肯的表示, 石墨烯在锂电子电池上的研究应用已经有十几年的历史, 想法比较简单, 基本都是掺和10%左右的石墨烯在锂电池上, 就可以改善导电情况, 降低内阻, 提升性能, 可以充电变得更快, 容量更高.
但是, 刘忠范也表示这样的效果只是在实验室里一小节电池可以做到的情况, 如果在现实真正用的时候, 一大堆电池集成到一起就很难说达到这样的效果了.
' 电池最重要的还是安全性问题, 如果安全性不能保证, 片面强调多块是不能用的, 这只是学术说法而已. '刘忠范表示, ' 到目前为止, 石墨烯在电池上的应用还没有什么突破, 理论上是有可能的. 但石墨烯的来源太复杂了, 处理方式不一样, 产生的性能就有所不同, 甚至今天做的, 与明天做的都不一样. '
对此, 中国石墨烯产业技术创新战略联盟标准委员会戴石峰也直言, 电池中含有石墨烯, 并不意味着这是石墨烯电池.
石墨烯在概念定义和标准上, 甚至都尚未达成统一.
而且, 虽然石墨烯本身是绿色的并不意味生产石墨烯的过程是绿色的, 石墨烯制备的过程会产生大量的环境污染. 目前, 石墨烯的制备方法主要包括: 机械剥离法, 外延生长法, 氧化石墨还原法, 气相沉积法等.
' 有些制备方式每生产一吨石墨烯, 需要40-50吨硫酸, 120-150吨新鲜水, 会产生大量的废酸垃圾. '相关石墨烯企业透露.
沈万慈也表示在石墨烯行业管理上, 改革开放初的石墨企业, 环保基本没有投入, 使得污染本来不重的石墨产业造成了严重污染, 至今后遗症还在.
在石墨烯高端应用尚未突破之前, 却已经出现了严重环境污染问题.
对此, 刘忠范表示, 企业担当很重要. 石墨烯产生的环境污染问题, 在技术层面上是可以解决的. 因此, 石墨烯生产制备带来的环境污染问题更多牵扯到成本问题.
' 石墨烯批量制备的企业要担当其社会责任和推动石墨烯发展的责任, 不要过度追求利润和低价, 这个问题是可以迎刃而解的. '刘忠范认为.
正如身处石墨烯产业的专家所说, 中国有太多借着石墨烯概念炒作的企业, 以至于掩盖了真正的东西. 中国的石墨烯亟待泡沫褪去.
