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中国破冰新材料应用搅动千亿石墨烯江湖

2018-08-19 20:35:04

中国破冰新材料应用 搅动千亿石墨烯江湖

在诺贝尔物理学奖的光环之下,石墨烯,这种碳的同素异形体,正被定义为新材料之王。

石墨烯作为新材料的超强性能,有目共睹。它是目前已知的最薄、最强韧的材料。其断裂强度比最好的钢材还要高200倍、拉伸幅度亦能达到自身尺寸的20%。

石墨烯走上神坛已经是不争的事实,地方政府、企业热衷斥巨资涉足。根据中国石墨烯产业联盟预计,目前全球石墨烯年产能达到百吨级,未来年将达到千吨级。到2020年,全球石墨烯市场规模将超1000亿元。

原国家发展改革委能源局局长徐锭明对石墨烯颇为推崇,在日前接受时代周报采访时,他判定:“能源革命需要新材料,新材料推动能源革命。能源革命需要石墨烯,石墨烯推动能源革命。”

基于石墨烯优异的导电等性能,储能领域成为其主要应用之一。此外,在显示屏储能电池、防腐涂料、功能纺织品、橡胶制品、显示器件等领域也有广阔的应用空间。不过,尽管在应用领域有了展开,但如何走向普通的消费者并进入产业化应用,始终是摆在眼前的现实问题。

现在,这样的困局终于迎来破冰。9月8日,由东旭光电()推出的世界首款石墨烯基锂离子电池产品“烯王”在上海纳米中心正式全球发售。

上海交通大学电子信息与电信工程学院郭守武教授对时代周报在内的媒体指出,解决锂电子电池快充是目前3C电子产品和新能源产业需要解决的当务之急,“烯王”的发布意味着中国企业已经率先解决了这一问题,并实现了石墨烯在锂离子电池上的产业化应用,“更是突破了国际上对‘碳包覆磷酸铁锂技术’的技术封锁,填补中国在这一领域的空白

中国破冰新材料应用搅动千亿石墨烯江湖

。”

性能,是“烯王”的王牌。目前,“烯王”已经可以实现15分钟内的快速充电,而且能在零下30℃的低温到80℃的高温环境下工作。此外,它的循环寿命更高达3500次,有着近10年的使用寿命。

不过,东旭光电方面,并不将“烯王”仅仅定义为一款充电宝产品。东旭光电副总经理、石墨烯产业负责人王忠辉对此解释,“烯王”是包含石墨烯材料、石墨烯基锂离子电池正负极材料、石墨烯基锂离子电池以及石墨烯基锂离子电池移动电源在内的所有公司系列石墨烯产品的品牌和代名词,充电宝也只是公司推出的“烯王”系列产品中第一个面向消费者的产品而已。

诚然,“烯王”的诞生背后更大的意义是产学研结合上的重大突破。由上海交通大学郭守武教授领导的一支团队,是背后的生力军。这支团队已经专门从事纳米技术以及石墨烯研究10余年。

据时代周报了解,石墨烯产业化应用一直是团队的目标。郭守武在接受时代周报采访时指出,要获得石墨烯这种材料,难度上就非常大。

石墨烯是单原子层,厚度仅为0.34纳米。想要获取,通常的做法要不通过石墨剥离,要不通过化学合成。而郭守武团队则另辟蹊径,将维C作为还原剂去做氧化石墨烯的还原,并取得了成功。

为此,团队花了近一年的时间在寻找还原剂上。还原剂的确定使得石墨烯的获取上有了成本的降低,正是如此,从而突破了石墨烯大规模制备的瓶颈,

在郭守武看来,石墨烯作为电极材料,可以提高电极材料导电或者是传输锂离子的速度,从而提高电池的倍率性能。而能将石墨烯应用在负极上,一定程度上更能提高整个电池的能量密度,从而提高电池的待机时间。

王忠辉指出,从全球石墨烯产业发展来看,目前石墨烯产业化推进过程面临两大核心障碍,一是实现高品质石墨烯制备,二是实现将高品质石墨烯导入下游应用企业。因此,只有两方面都得以解决,才能真正实现石墨烯产业化发展。

王忠辉的感叹则是“石墨烯太难了”。他对时代周报分析指出,生产石墨烯需要跨越三个技术难关,“石墨烯在铜箔上生长结束后还涉及能否转移为单片石墨烯的门槛,即便转移为单片石墨烯,还涉及图案化处理的环节。三个环节,环环相扣”。

不过,尽管获取难度高困难重重,但并不影响东旭光电发展石墨烯产业对这一领域的决心。

在“烯王”落地之前,东旭光电内部早已经形成石墨烯系列产品助阵。按照东旭光电方面的介绍,公司作为国内较早进入石墨烯领域的上市公司之一,已形成了“旭碳新材+碳源汇谷”为依托的产业化平台和以“东旭华清”为依托的投融资平台。

东旭光电旗下的上海碳源汇谷新材料科技有限公司是一家专注于石墨烯规模化制备、应用技术开发的企业,目前已经在单层氧化石墨烯以及石墨烯的制备、分离和纯化技术与工艺方面均取得突破性进展。

此外,公司还可以向市场提供有高品质单层石墨烯、石墨烯基锂离子电池正负极材料、石墨烯基锂离子电池等三类产品,未来公司还将向市场提供更多的基于石墨烯和石墨烯基锂离子电池产品。

东旭光电还为石墨烯产业发展规划了一幅全面的愿景。加大投资力度是重要的一方面。9月7日,东旭光电发布公告称对泰州石墨烯基锂离子电池项目(以下简称“泰州项目”)投资规模进行加大,由原来的5亿元人民币增加到16.5亿元人民币。王忠辉对时代周报表示,泰州项目未来不排除登陆新三板的可能,不过目前并不会考虑吸纳新的投资人进来,但会考虑引进策略伙伴。

另据时代周报了解,东旭光电也希望借助石墨烯的特性在柔性显示上取得突破,“不过,相比较传统的ITO,石墨烯要想完成替代或者取得在柔性显示方面的大发展,函需成为取代品在显示精度和成本上还需要突破。”王忠辉对时代周报表示道。

庆幸的是,目前国内已经有多家企业以石墨烯材料为基础,实现从柔性屏到多点触控柔性屏的突破。以石墨稀材料技术制作的柔性触摸屏可让不规则或弧形的移动设备实现先进的多点触控功能。

事实上,对石墨烯看好的企业不仅仅只是东旭光电一家。从目前来看,据不完全统计,国内目前石墨烯相关企业已经突破了300家,并形成了石墨烯产业聚集区域,主要包括常州、无锡、泰州、宁波、青岛、深圳、成都、德阳等地区。目前,石墨烯相关企业绝大多数处于亏损状态。

目前,石墨烯相关公司在总体业绩上还有着不错的呈现。按照数据统计显示,2016年一季度,涉及石墨烯的32家上市公司实现净利润为14.86亿元,同比增长27.32%。不过放诸至单一企业上,石墨烯企业之间的业绩差距较大,一部分还处于亏损状态。

那么,石墨烯要进入产业化发展阶段,还需要攻破什么?

按照时代周报的了解,我国在石墨烯领域的起步研究和发达国家相比,相对比较晚,基本处于同一起点,而且产业化推进程度甚至走在前列,发展后劲十足。当中,跟政府的推动密切相关。

从宏观政策看,我国石墨烯的发展得到了国家和各级地方政府的大力扶持。自2012年以来,从工信部、科技部、到国家发改委、财政部发布一连串文件进行支持。2015年以来,我国对石墨烯的政策支持力度更是不断做“加法”。在国务院发布的《中国制造2025》中,石墨烯已经被纳入《新材料产业“十三五”发展规划》中。

不过,综合业内人士的观点,目前我国石墨烯的发展还存在以下三大问题。一是石墨烯相关研究机构和生产企业低水平重复研究的现象比较普遍。二来多数企业处在尝试性探索阶段,所需要的石墨烯制备技术并不成熟。三是行业本身的困境,走向高端市场需求小,投资大,面向低端容易带来环境问题等。

如何攻破,不仅仅是企业需要面临的问题。徐锭明还呼吁政府应该进一步对石墨烯产业进行扶植。技术并不往高端方向发展是他的担忧,他对时代周报表示,在山寨化加剧的市场环境下,原始创新如何被保护是一个难题,“为此,大家要有一个认知,科学的创新是一个需要沉淀的过程,需要战略科学家的钻研,战略投资者的敢于下决心,战略银行家的支持,和战略管理者的运筹帷幄。”

持同样观点的还有郭守武,他亦对时代周报表示,石墨烯的研究是一个长期的过程,他建议投资者也要有耐心。他认为,石墨烯大规模产业化还有一定的距离,企业和研究者都不应该浮躁,要耐得住寂寞,潜心研究,才能推动行业的进一步发展。

就目前来看,在如何提升产品质量和下游市场开发上尚存在巨大的提升空间。石墨烯产业的发展一大程度上取决于下游应用技术和市场的拓展。石墨烯如何能和现有的材料体系融合,更大限度发挥优异性能是题中之义。

东旭光电的做法是试图建立一个真正的闭环,即通过对行业的运作,结合石墨烯的创新需求,将需求端和产品端完整链接。据时代周报了解,东旭光电已经做了一定的拓展,北京市动力源科技股份有限公司、军工企业中国人民解放军第1001工厂(西安航光仪器厂)、汽车电商服务平台深圳市小喜乐享科技传媒控股有限公司等已经和其签订合作协议,成为闭环上的公司。

不过,市场上有业内对发展路径作了更为详实的展望。对于石墨烯的发展,近期聚焦在复合材料和触控产品的推进,中期将在能源和传感器上有所突破,长期看则是在半导体器件中的应用。

显然,石墨烯产业化大幕拉开在即,传统产业能否借此实现升级是学界、业界、政府需要共同思考的命题。

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