石墨烯導電性(xing)強(qiang)(qiang)、可彎折、機械強(qiang)(qiang)度(du)好,看(kan)起來頗有未來神奇材料(liao)的風范。石墨烯是目前發現的最(zui)(zui)薄、強(qiang)(qiang)度(du)最(zui)(zui)大、導電導熱(re)性(xing)能最(zui)(zui)強(qiang)(qiang)的一種新(xin)型納米材料(liao),被稱為(wei)“黑金(jin)”“新(xin)材料(liao)之王”。

石(shi)墨烯(xi)應用范(fan)圍廣泛。目前石(shi)墨烯(xi)應用主要集(ji)中在(zai)電(dian)子(zi)及化工領域,特別(bie)是在(zai)電(dian)子(zi)行業的鋰電(dian)池電(dian)極、觸(chu)摸屏、超(chao)級電(dian)容領域具(ju)有較(jiao)強的競爭優勢。
據靈核(he)網發(fa)布顯(xian)示,去年我(wo)國石(shi)墨(mo)烯專(zhuan)利(li)數(shu)量(liang)全球(qiu)(qiu)排名第一(yi)。目(mu)前石(shi)墨(mo)烯的(de)研發(fa)主(zhu)要集中在亞洲及北美洲,其中我(wo)國是(shi)主(zhu)要的(de)研發(fa)國家(jia),優先權專(zhuan)利(li)申請(qing)數(shu)約占全球(qiu)(qiu)近一(yi)半(ban)。另外,全球(qiu)(qiu)石(shi)墨(mo)烯專(zhuan)利(li)最為集中的(de)前五個領(ling)域分別是(shi)鋰(li)(li)電池(chi)、生化(hua)傳感器(qi)、超級電容器(qi)、催化(hua)劑及導電復合材料。其中鋰(li)(li)電池(chi)應用方面的(de)專(zhuan)利(li)數(shu)為646件,占專(zhuan)利(li)總數(shu)的(de)12.7%。因此石(shi)墨(mo)烯的(de)應用研究在鋰(li)(li)電池(chi)領(ling)域最為成(cheng)熟,產(chan)業化(hua)進(jin)程有望提速(su)。
隨(sui)著制備技(ji)術日趨成熟(shu)以及(ji)下(xia)游需(xu)求逐漸打開,石(shi)墨烯(xi)材料對傳統(tong)材料的替代將(jiang)(jiang)加(jia)快,未(wei)來在(zai)(zai)鋰(li)電(dian)池(chi)(chi)材料領(ling)域具(ju)有廣泛的應用空間。從電(dian)子領(ling)域的下(xia)游需(xu)求來看(kan),添加(jia)石(shi)墨烯(xi)后的鋰(li)電(dian)池(chi)(chi)主要應用于電(dian)動交通工(gong)具(ju)、智能(neng)(neng)手(shou)機、筆記(ji)本電(dian)腦、移(yi)動電(dian)源(yuan)、可穿戴(dai)設備及(ji)工(gong)業儲能(neng)(neng)等領(ling)域。數據顯(xian)示,今年1月至9月我(wo)國(guo)新(xin)(xin)能(neng)(neng)源(yuan)汽車生產(chan)30.2萬輛,比上年同期增(zeng)長93%,在(zai)(zai)新(xin)(xin)能(neng)(neng)源(yuan)車產(chan)量迅(xun)猛增(zeng)長的同時,鋰(li)電(dian)池(chi)(chi)需(xu)求也將(jiang)(jiang)激增(zeng)。石(shi)墨烯(xi)鋰(li)電(dian)池(chi)(chi)具(ju)有減低電(dian)阻、改善(shan)循環性能(neng)(neng)和儲電(dian)量大等優點,將(jiang)(jiang)有利(li)于推動石(shi)墨烯(xi)在(zai)(zai)鋰(li)電(dian)池(chi)(chi)領(ling)域的產(chan)業化發展(zhan)。
目前石墨烯(xi)在(zai)鋰(li)電(dian)(dian)(dian)池中的添加形式主(zhu)要有導(dao)電(dian)(dian)(dian)添加劑(ji)(ji)(ji)、電(dian)(dian)(dian)極復合材(cai)料及直(zhi)接作(zuo)為(wei)負極材(cai)料三(san)種(zhong)形式。其(qi)中,石墨烯(xi)導(dao)電(dian)(dian)(dian)添加劑(ji)(ji)(ji)的導(dao)電(dian)(dian)(dian)、放電(dian)(dian)(dian)性能(neng)遠(yuan)遠(yuan)優于傳統(tong)導(dao)電(dian)(dian)(dian)劑(ji)(ji)(ji),其(qi)在(zai)制(zhi)備過程中不涉及復雜的合成(cheng)過程,因此可控性較強,難度較低,成(cheng)功率較高,目前石墨烯(xi)導(dao)電(dian)(dian)(dian)劑(ji)(ji)(ji)研發技術已(yi)經相(xiang)對(dui)成(cheng)熟。
目(mu)前市面上存在(zai)的(de)電(dian)(dian)(dian)池(chi)(chi)大(da)多分為(wei)四類(lei):動力(li)鋰(li)離子電(dian)(dian)(dian)池(chi)(chi);以(yi)鉛(qian)、二氧化鉛(qian)和(he)(he)硫酸(suan)為(wei)活性物(wu)質的(de)鉛(qian)酸(suan)電(dian)(dian)(dian)池(chi)(chi);儲氫(qing)合金(jin)為(wei)負極(ji)材(cai)料的(de)動力(li)鎳(nie)氫(qing)電(dian)(dian)(dian)池(chi)(chi);利用雙電(dian)(dian)(dian)層和(he)(he)贗(yan)電(dian)(dian)(dian)容(rong)(rong)儲能的(de)超級電(dian)(dian)(dian)容(rong)(rong)器和(he)(he)用氫(qing)氣(qi)或甲醇等作燃料的(de)質子交換(huan)膜燃料電(dian)(dian)(dian)池(chi)(chi)。但這(zhe)些電(dian)(dian)(dian)池(chi)(chi)均不(bu)同程度的(de)受到成本、功(gong)效(xiao)上的(de)制約,從普及和(he)(he)實用的(de)角度講,很難成為(wei)未來能源(yuan)領(ling)域的(de)領(ling)導者。
實際上,已有一種(zhong)被(bei)稱為 “超(chao)級(ji)電(dian)(dian)(dian)池(chi)(chi)”或“Ultrabattery”的鉛烯(xi)混合(he)儲能電(dian)(dian)(dian)池(chi)(chi)被(bei)開發(fa)出(chu)來。這(zhe)是一種(zhong)將(jiang)石墨烯(xi)與鋰電(dian)(dian)(dian)離子(zi)電(dian)(dian)(dian)池(chi)(chi)材(cai)料在納(na)米尺度符合(he),使其達到1+1>2的協(xie)同效應的超(chao)級(ji)電(dian)(dian)(dian)池(chi)(chi)。用(yong)(yong)這(zhe)種(zhong)石墨烯(xi)基納(na)米復合(he)儲能材(cai)料制(zhi)造的下一代混合(he)儲能電(dian)(dian)(dian)池(chi)(chi),充(chong)電(dian)(dian)(dian)時間可以縮短到5分鐘以內,明顯優于目前(qian)電(dian)(dian)(dian)動汽車使用(yong)(yong)的鋰離子(zi)電(dian)(dian)(dian)池(chi)(chi),而比能量(liang)是目前(qian)超(chao)級(ji)電(dian)(dian)(dian)容(rong)器的10 倍(bei)以上。據悉,珠海聚碳動力已經(jing)成功研(yan)發(fa)出(chu)這(zhe)種(zhong)“超(chao)級(ji)電(dian)(dian)(dian)池(chi)(chi)”,預計在今年年底或明年年初(chu)上市。
報告認(ren)為,隨著扶持政策不斷加碼,以(yi)及生產成(cheng)本(ben)的下降,我國石(shi)(shi)墨(mo)(mo)(mo)烯導電劑(ji)將迎來規模化(hua)(hua)生產機(ji)遇。今年工信部等四部委聯合發(fa)布(bu)了(le)《關(guan)于加快(kuai)新材(cai)(cai)(cai)料產業(ye)(ye)創新發(fa)展的指導意(yi)見》,要(yao)求積極開發(fa)前沿材(cai)(cai)(cai)料,包括石(shi)(shi)墨(mo)(mo)(mo)烯、增(zeng)材(cai)(cai)(cai)制造材(cai)(cai)(cai)料、智能材(cai)(cai)(cai)料、超材(cai)(cai)(cai)料等基礎研究與技術積累。另外,《關(guan)于加快(kuai)石(shi)(shi)墨(mo)(mo)(mo)烯產業(ye)(ye)創新發(fa)展的若干意(yi)見》指出,在2020年形成(cheng)完善的石(shi)(shi)墨(mo)(mo)(mo)烯產業(ye)(ye)體(ti)系(xi),實現(xian)石(shi)(shi)墨(mo)(mo)(mo)烯材(cai)(cai)(cai)料標準(zhun)化(hua)(hua)、系(xi)列化(hua)(hua)和低成(cheng)本(ben)化(hua)(hua),在多領(ling)域實現(xian)規模化(hua)(hua)應用。
報告數據(ju)顯(xian)示,去年(nian)石(shi)墨烯導(dao)(dao)電(dian)劑(ji)價(jia)格為(wei)230美元(yuan)/千克,與(yu)碳納米管(guan)(guan)導(dao)(dao)電(dian)劑(ji)價(jia)格大致相同(tong),預計到2020年(nian)石(shi)墨烯導(dao)(dao)電(dian)劑(ji)價(jia)格將降至113美元(yuan)/千克,而碳納米管(guan)(guan)價(jia)格將維(wei)持在(zai)200美元(yuan)/千克的(de)水平,石(shi)墨烯導(dao)(dao)電(dian)劑(ji)的(de)價(jia)格優勢將逐步(bu)顯(xian)現。
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