自今年以來，市場(chǎng)對(duì)石墨烯材料追捧火熱，不少?gòu)S商和科研機(jī)構(gòu)對(duì)石墨烯作為新的電池材料的應(yīng)用嘗試越來越多。烯聯(lián)納米項(xiàng)目負(fù)責(zé)人何仕國(guó)曾表示，烯聯(lián)納米的電池正極材料是純電動(dòng)車電池的核心技術(shù)。那么，石墨烯會(huì)是鋰電材料突破口嗎?能為目前鋰離子電池遇到的問題提供多一個(gè)解決選項(xiàng)嗎?

石墨烯鋰電池嶄露頭角

石墨烯具有獨(dú)特的二維結(jié)構(gòu)、優(yōu)異的性能和各種潛在的應(yīng)用價(jià)值，石墨烯基納米材料是一種很有吸引力的鋰離子電池電極材料，尤其針對(duì)高能量密度與高功率密度電池。而石墨烯電池，就是利用鋰離子在石墨烯表面和電極之間快速大量穿梭運(yùn)動(dòng)的特性，開發(fā)出的一種新電池。

有趣的是，除了浙江烯聯(lián)納米科技有限公司投資建石墨烯基地外，玉龍股份近日也發(fā)布公告增資投產(chǎn)石墨烯。據(jù)悉，玉龍股份將對(duì)寧夏漢堯石墨烯儲(chǔ)能材料科技有限公司增資人民幣3億元，主要用于加快寧夏漢堯鋰離子電池石墨烯三元正極材料及導(dǎo)電漿料項(xiàng)目產(chǎn)線的建設(shè)投產(chǎn)，帶動(dòng)產(chǎn)能和釋放推動(dòng)新業(yè)務(wù)的發(fā)展。

鋰電產(chǎn)業(yè)鏈相關(guān)廠商的對(duì)石墨烯鋰離子電池的布局，或?qū)⒓铀偈╀囯x子電池的的面世。

石墨烯是高能量密度電池重要選項(xiàng)

在國(guó)家政策主導(dǎo)鋰電往高能量密度的發(fā)展背景下，石墨烯材料是很好的下一代電池材料備選。石墨烯在新一代素材中一直被認(rèn)為是代表性材料。從石墨中剝出的石墨烯是薄薄的碳素原子膜，其特點(diǎn)是物理性、化學(xué)性的穩(wěn)定性較高。該材料比銅的導(dǎo)電性高100倍;比硅的導(dǎo)電速度高140倍以上。這也是石墨烯球材電池比現(xiàn)有的充電電池的充電速度快五倍的理由。憑借優(yōu)異的材料性能，石墨烯受到了研究機(jī)構(gòu)與鋰電企業(yè)的青睞。

今年初，從科技部網(wǎng)站獲悉，韓國(guó)《中央日?qǐng)?bào)》報(bào)道三星電子綜合技術(shù)院的研究小組成功研發(fā)出新電池材料“石墨烯球”，比現(xiàn)有鋰離子電池的充電容量高出45%，充電速度提高5倍以上。研究人員發(fā)現(xiàn)在高強(qiáng)度、高導(dǎo)電性的石墨烯材料中加入二氧化硅后，可以大量合成石墨烯，合成的石墨烯像爆米花一樣呈現(xiàn)出三維立體形態(tài)，因此被稱為“石墨烯球”，將這種石墨烯球材料用于鋰離子電池的陽(yáng)極保護(hù)膜和陰極材料后可以提升充電容量、縮短充電時(shí)間，而且高溫穩(wěn)定性也能得到保障。韓國(guó)計(jì)劃五年內(nèi)將“石墨烯球”鋰電子電池實(shí)現(xiàn)商用化。

今年三月底，落戶于銀川經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)的石墨烯新能源產(chǎn)業(yè)化項(xiàng)目，計(jì)劃投資85億元，實(shí)施年產(chǎn)3萬噸石墨烯改性三元材料及1萬噸石墨烯導(dǎo)電漿料項(xiàng)目等5個(gè)項(xiàng)目，項(xiàng)目建成后，可在銀川市形成石墨烯儲(chǔ)能材料基本的產(chǎn)業(yè)鏈條，并形成年產(chǎn)值150億元以上的規(guī)模。

而不久前，美國(guó)麻省理工學(xué)院已成功研制出表面附有石墨烯納米圖層的柔性光伏電池板，可極大降低制造透明可變形太陽(yáng)能電池的成本，這種電池有可能在夜視鏡、相機(jī)等小型數(shù)碼設(shè)備中應(yīng)用。

石墨烯電池盡管得到了不少?gòu)S商和投資者的偏愛，但是也存在反對(duì)聲音。首先，成本和工藝的復(fù)雜性高，有學(xué)者認(rèn)為，石墨烯電池可能只能存在于實(shí)驗(yàn)室之中，商業(yè)化的普及還是比較的困難。OakRidgeNaTIonalLaboratory與有名的石墨烯業(yè)內(nèi)廠商Vorbeck曾披露石墨烯的研究成果，他們認(rèn)為，石墨烯工作的可重復(fù)性常常都很差，所做技術(shù)與實(shí)用化目標(biāo)脫節(jié)嚴(yán)重。這一現(xiàn)象已經(jīng)廣受科研界中的有識(shí)之士，以及工業(yè)界的詬病。

材料是現(xiàn)代文明的三大支柱之一，新材料的發(fā)現(xiàn)以及跨領(lǐng)域的應(yīng)用對(duì)科技發(fā)展起到至關(guān)重要的作用。電池產(chǎn)業(yè)由傳統(tǒng)鋰電池再到之后的鈷鋰電池，一直到如今的電池高鎳化。石墨烯對(duì)于動(dòng)力電池而言，或許是下一代材料的突破口。而電池技術(shù)的發(fā)展，也在促進(jìn)各種電子終端產(chǎn)品的迭代。

周恩來曾就讀過的日本筑波大學(xué)所領(lǐng)導(dǎo)的合作項(xiàng)目發(fā)現(xiàn)了一種優(yōu)化析氫催化劑的方法，可以在不顯著犧牲催化活性的前提下提高其穩(wěn)定性。研究小組發(fā)現(xiàn)用石墨烯包覆催化劑納米顆粒，可以提高催化劑耐用性，該成果發(fā)表在ACS上。

研究人員稱，“我們優(yōu)化了石墨烯涂層納米顆粒的數(shù)量和它們的催化活性之間的平衡，要做到這一點(diǎn)，我們必須精確地控制石墨烯層涂布納米顆粒的數(shù)量，這是通過仔細(xì)調(diào)節(jié)石墨烯在納米顆粒上的沉積時(shí)間來實(shí)現(xiàn)的?！?/p>

團(tuán)隊(duì)制備了一系列涂覆有不同數(shù)目石墨烯層的納米粒子樣品，并對(duì)其進(jìn)行表征，然后確定了它們?cè)谖鰵浞磻?yīng)中的催化活性。涂覆有最佳數(shù)量的石墨烯層的催化劑納米顆粒，其僅為三至五層，在析氫反應(yīng)中顯示出與昂貴的鉑基催化劑類似的活性。重要的是，這些納米顆粒也顯示出高穩(wěn)定性；石墨烯涂層防止金屬納米粒子溶解在酸性反應(yīng)溶液中。

研究人員進(jìn)行了理論計(jì)算來支持他們的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。結(jié)果證實(shí)了石墨烯層數(shù)、化學(xué)穩(wěn)定性和納米粒子的催化活性之間的關(guān)系。也就是說，涂覆少于三個(gè)石墨烯層的納米顆粒比三至五層涂覆的催化劑具有更高的催化活性，但這是以耐久性為代價(jià)的；前者比后者表現(xiàn)出較差的化學(xué)穩(wěn)定性。

“我們的研究結(jié)果為在酸性條件下通過現(xiàn)場(chǎng)聚合物電解質(zhì)膜電解在氫站進(jìn)行大規(guī)模氫生產(chǎn)的穩(wěn)定、廉價(jià)的催化劑鋪平了道路?！痹撔〗M的研究結(jié)果有利于氫燃料清潔能源產(chǎn)業(yè)化。

石墨烯是目前最薄也最堅(jiān)硬的納米材料，集透光性好、導(dǎo)熱系數(shù)高、電子遷移率高、電阻率低、機(jī)械強(qiáng)度高等多種優(yōu)異性能于一身，是主導(dǎo)未來高科技競(jìng)爭(zhēng)的超級(jí)材料，被稱為“黑金”，可極大推動(dòng)相關(guān)產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展和升級(jí)換代，市場(chǎng)前景廣闊，有望催生千億元規(guī)模的產(chǎn)業(yè)。

由于硅材料本身限制，計(jì)算機(jī)、芯片或電子器件的開發(fā)速度再難遵守摩爾定律，性能提升速度減慢。石墨烯中電子運(yùn)行幾乎無阻礙，運(yùn)行速度是硅的數(shù)倍，為打破這一瓶頸帶來可能。加之智能化、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、可穿戴裝備的興起，對(duì)高速計(jì)算機(jī)、高效能源轉(zhuǎn)換和儲(chǔ)存系統(tǒng)、柔性電子的需求迫在眉睫，石墨烯可在這些領(lǐng)域發(fā)揮決定性的作用，這預(yù)示著全球科技發(fā)展將從過去的硅時(shí)代邁入以石墨烯等碳材料為代表的碳時(shí)代。

石墨烯問世之后，美國(guó)、日本、歐盟等發(fā)達(dá)國(guó)家紛紛從國(guó)家戰(zhàn)略高度開始部署石墨烯研究和發(fā)展規(guī)劃，投入數(shù)十億美金支持石墨烯研究和商業(yè)化。三星電子、IBM、諾基亞、陶氏化學(xué)、通用、施樂公司、拜爾、巴斯夫等跨國(guó)集團(tuán)，也都瞄準(zhǔn)石墨烯市場(chǎng)，積極推進(jìn)石墨烯產(chǎn)業(yè)化研究。

中國(guó)是石墨資源大國(guó)，也是石墨烯研究和應(yīng)用開發(fā)最活躍的國(guó)家之一。未來十年是石墨烯從實(shí)驗(yàn)室步入應(yīng)用的關(guān)鍵時(shí)期。繼《中國(guó)制造2025》、《關(guān)鍵材料升級(jí)換代工程實(shí)施方案》等國(guó)家戰(zhàn)略性文件將石墨烯納入重要的前沿性新材料之后，工業(yè)和信息化部、發(fā)展改革委和科技部又聯(lián)合發(fā)布了《關(guān)于加快石墨烯產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新發(fā)展的若干意見》，助推石墨烯產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程，引領(lǐng)石墨烯產(chǎn)業(yè)化發(fā)展方向。

石墨烯是開啟未來的產(chǎn)業(yè)，是我國(guó)新材料產(chǎn)業(yè)的發(fā)展契機(jī)，其產(chǎn)業(yè)化過程，也是檢驗(yàn)和提升我國(guó)綜合科技實(shí)力的過程。在研究國(guó)內(nèi)外石墨烯產(chǎn)業(yè)發(fā)展情況的基礎(chǔ)上，提出石墨烯產(chǎn)業(yè)發(fā)展政策建議：保護(hù)知識(shí)產(chǎn)權(quán)促進(jìn)公共平臺(tái)成果落地、加強(qiáng)人才培養(yǎng)夯實(shí)綜合科技基礎(chǔ)、鼓勵(lì)引入民間資本發(fā)展石墨烯產(chǎn)業(yè)，并就我國(guó)石墨烯產(chǎn)業(yè)發(fā)展設(shè)想四條主要路徑。

路徑一：重大工程牽引推動(dòng)

通過政府政策引導(dǎo)，圍繞我國(guó)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展和國(guó)家安全重大需求，整合創(chuàng)新、產(chǎn)業(yè)化等資源，抓住重點(diǎn)，實(shí)施多項(xiàng)重大工程，開發(fā)一批標(biāo)志性、牽引推動(dòng)作用強(qiáng)的重點(diǎn)產(chǎn)品和代表工藝，提升自主開發(fā)設(shè)計(jì)水平和系統(tǒng)集成能力。突破石墨烯晶體管、石墨烯電極、石墨烯芯片、石墨烯光電子器件、石墨烯高頻器件、石墨烯激光器件等關(guān)鍵核心部件、關(guān)鍵技術(shù)及系統(tǒng)集成工藝，突破共性關(guān)鍵技術(shù)和工程化、產(chǎn)業(yè)化瓶頸，提高石墨烯創(chuàng)新、產(chǎn)業(yè)化能力和國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力，帶動(dòng)材料業(yè)整體綜合實(shí)力發(fā)展，搶占國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)制高點(diǎn)。

路徑二：重點(diǎn)行業(yè)應(yīng)用示范

堅(jiān)持石墨烯發(fā)展全國(guó)一盤棋和分行業(yè)指導(dǎo)相結(jié)合，統(tǒng)籌規(guī)劃，整合資源，合理布局，明確石墨烯發(fā)展大方向。鼓勵(lì)全民創(chuàng)新，引導(dǎo)創(chuàng)新成果轉(zhuǎn)化，扎實(shí)提高基礎(chǔ)科學(xué)理論水平，促進(jìn)各行業(yè)深度發(fā)展，總結(jié)積累產(chǎn)業(yè)化經(jīng)驗(yàn)，加快推動(dòng)石墨烯應(yīng)用整體水平提高，開展重點(diǎn)行業(yè)的應(yīng)用示范工作，在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域、化學(xué)領(lǐng)域、能源領(lǐng)域、納米器領(lǐng)域、電子領(lǐng)域等各領(lǐng)域打造重點(diǎn)示范項(xiàng)目。

路徑三：產(chǎn)學(xué)研用協(xié)同推進(jìn)

產(chǎn)學(xué)研用多渠道協(xié)同推進(jìn)石墨烯產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程，通過生產(chǎn)單位、學(xué)校、科研機(jī)構(gòu)和用戶等相互配合，集中各自優(yōu)勢(shì)資源，形成研究、開發(fā)、生產(chǎn)、應(yīng)用一體化的高效系統(tǒng)，在運(yùn)行過程中發(fā)揮綜合優(yōu)勢(shì)，提高產(chǎn)業(yè)鏈從實(shí)驗(yàn)成果到實(shí)際應(yīng)用的整體效率，降低轉(zhuǎn)化成本。建立石墨烯上游生產(chǎn)企業(yè)，包括石墨礦企、石墨烯生產(chǎn)設(shè)備CVD等設(shè)備生產(chǎn)企業(yè)，下游應(yīng)用企業(yè)，包括電子企業(yè)、電池企業(yè)、生物醫(yī)藥企業(yè)、特種航天企業(yè)等與高校、研究院所等科研機(jī)構(gòu)的產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟、技術(shù)創(chuàng)新聯(lián)盟等。提煉共性技術(shù)，加強(qiáng)石墨烯公共技術(shù)服務(wù)，降低石墨烯產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程中的時(shí)間、資金、技術(shù)、工藝、設(shè)備、人才等成本，為聯(lián)盟單位提供一個(gè)高標(biāo)準(zhǔn)高質(zhì)量的起點(diǎn)和合作渠道。

路徑四：創(chuàng)新平臺(tái)集聚發(fā)展

完善國(guó)家石墨烯創(chuàng)新體系建設(shè)，加強(qiáng)頂層設(shè)計(jì)，加快建立以創(chuàng)新中心為核心載體、以公共服務(wù)平臺(tái)和應(yīng)用產(chǎn)業(yè)數(shù)據(jù)中心為支撐的石墨烯創(chuàng)新網(wǎng)絡(luò)，建立以市場(chǎng)為主導(dǎo)的創(chuàng)新和應(yīng)用方向選擇機(jī)制以及鼓勵(lì)創(chuàng)新的風(fēng)險(xiǎn)分擔(dān)、利益共享機(jī)制。建立石墨烯創(chuàng)新產(chǎn)業(yè)園區(qū)和基地，引進(jìn)科技成果轉(zhuǎn)化孵化器和技術(shù)產(chǎn)業(yè)化加速器。利用地方人才、資源、資金等優(yōu)勢(shì)發(fā)展產(chǎn)業(yè)集群，集聚新興產(chǎn)業(yè)，發(fā)揮產(chǎn)業(yè)集聚效應(yīng)，加速石墨烯創(chuàng)新和應(yīng)用突破及產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程。建設(shè)一批促進(jìn)石墨烯協(xié)同創(chuàng)新和產(chǎn)業(yè)化的公共服務(wù)平臺(tái)，規(guī)范行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，開展技術(shù)研發(fā)、技術(shù)評(píng)價(jià)、技術(shù)交易、檢驗(yàn)檢測(cè)、質(zhì)量認(rèn)證、人才培訓(xùn)等專業(yè)化服務(wù)，提高科技成果轉(zhuǎn)化效率和推廣應(yīng)用速度。