雖然電池技術向前邁出一大步，但仍存在跑上一會兒需要停下來充5小時電的尷尬，充電時間長依然是鋰電池難以逾越的鴻溝。被視為汽車未來發(fā)展方向的電動汽車，因為無法解決這道瓶頸難題，多年來一直在推廣道路上舉步不前。

“這扇大門，將由石墨烯開啟?！焙秃芏鄻I(yè)內(nèi)專家一樣，孟英非?？春檬┰谀茉搭I域的應用，公司的科研團隊正在進行石墨烯基超級電容和電池的研發(fā)。石墨烯電池一旦問世，有望將電池容量增加1.5倍，充電時間縮短至幾十分鐘。使用石墨烯基超級電容替代電池，充放電時間最短甚至可以達到幾秒鐘。

“這也就意味著，以后給電動汽車充電比加油時間還短，這將為電動汽車領域帶來一場顛覆性革命?！泵嫌⒈硎?，目前他們正在布局石墨烯基電容電池生產(chǎn)線，預計將于今年12月底正式投產(chǎn)。

在唐山建華實業(yè)集團生產(chǎn)基地，記者領略了石墨烯的“神奇”——雖然與石墨同出一源，卻與我們平時所見的鉛筆芯相差甚遠，石墨烯微片更像是棉花一樣的黑色絮狀物，它薄如蟬翼、輕若鴻毛，僅僅180克就能盛滿一個容量50升的白色塑料桶。

孟英解釋說，石墨烯電池之所以充放電速度快、儲能大，就是利用了石墨烯材料的高比表面積、高導電特性，石墨烯材料的導電性能是銅的10至100倍。傳統(tǒng)鋰電池如果快速充放電，必然導致電流增大，而電流過大會引起電池發(fā)熱而縮短使用壽命，甚至引發(fā)爆炸。利用石墨烯的特性將其添加到鋰電池的正負極材料中，有望解決這一弊端。

孟英解釋說，鋰電池的工作過程，就是鋰離子從正極到負極往返擺動的過程。把石墨烯添加到正極材料中，可以提高正極材料的導電能力，增加電池的放電倍率，加快電池的充放電速度。把石墨烯添加到負極材料中，則可以提高容納鋰離子的能力，增加儲電容量。

“石墨烯的轟動，是因為它創(chuàng)造了諸多紀錄，石墨烯一系列神秘的特殊性讓人們對它的應用充滿幻想?！泵嫌⑦@樣描述，石墨烯還是世上最薄、強度最高的材料，它只有0.34納米厚，二十萬層石墨烯疊加起來的厚度大概等于一根頭發(fā)絲的直徑。它比鉆石還堅硬，強度比世界上最好的鋼材還要高上100倍。該材料幾乎完全透光，透光率在97%以上，有望被用于制造新一代高性能電子學器件。

目前，該公司近四十人的團隊正在致力于石墨烯下游產(chǎn)業(yè)鏈的開發(fā)及應用，同時開發(fā)的產(chǎn)品有十幾種。據(jù)介紹，石墨烯在電子、航天、特種、新能源、新材料等領域有著無比廣闊的應用潛力：憑借石墨烯優(yōu)良的電學性能，它將是最具潛力取代硅制作超微型晶體管的新型材料，未來計算機的運行速度有望提高10至100倍；其輕盈堅韌的特性，又是制作超輕防彈衣、超輕飛機材料的首選；利用納米技術還可以把石墨烯制成一種DNA感測器，用來探測DNA鏈的旋轉(zhuǎn)和位置結(jié)構，為基因組測序技術開辟一條新路徑；石墨烯還可以制成抗菌材料，在殺菌的同時不損傷細胞。

1克到500噸的突破

石墨片剝離出石墨烯微片，打敗產(chǎn)業(yè)化攔路虎

今年3月初首次到廣東與一家電池企業(yè)洽談合作，孟英僅憑一桶180克的石墨烯微片樣品，不費吹灰之力就敲開了合作的大門。看到這桶樣品，廣東方面負責人當時就“驚呆了”，沒等孟英開口介紹就主動要求開展合作。

“與實驗室以1克為計量單位相比，這一桶樣品無疑是天文數(shù)字，具備大規(guī)模生產(chǎn)能力是促成雙方合作的最重要因素。”孟英認為，“高質(zhì)量、低成本宏量生產(chǎn)工藝是當前石墨烯實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化、進入應用領域的關鍵?！?br/>
目前，建華實業(yè)集團石墨烯年產(chǎn)量達到50萬克，年產(chǎn)100噸的石墨烯生產(chǎn)線也將于5月底投產(chǎn)，各種性能在同行產(chǎn)品中名列前茅。同時，該公司二期年產(chǎn)500噸的生產(chǎn)線已完成了生產(chǎn)工藝設計工作，正在籌劃年底前在曹妃甸開工建設。

那么，石墨怎么才能變成石墨烯？“由于石墨片層與層之間作用力較弱，我們常見的石墨烯大部分都是由石墨片剝離而成。”孟英介紹說，用膠帶黏出石墨烯的辦法顯然不適合工業(yè)化生產(chǎn)。目前業(yè)界主要有化學氣相沉積法、氧化還原法、熱解碳化硅法等石墨烯批量制備技術，但全球只有少數(shù)幾家企業(yè)可以進行工業(yè)化生產(chǎn)。

從2009年開始知道石墨烯至今，孟英一直在試圖找出已有制備技術不能量產(chǎn)的原因。經(jīng)過幾年研究，他的團隊在氧化還原法的基礎上獨辟蹊徑，對已有制備技術進行了變革，設計了具有自主知識產(chǎn)權的生產(chǎn)工藝和裝備，使大規(guī)模生產(chǎn)成為現(xiàn)實。

他拿來一摞A4紙邊打比方邊介紹說：“石墨塊就像這摞紙一樣具有層狀結(jié)構，經(jīng)過以前的處理方法，能將紙與紙之間的距離拉大，但每張紙還會與上下層的紙緊挨在一起，難以從一摞紙中剝離開。這樣有的幾張挨在一起，有的十幾張挨在一起，形成5層以下微片的幾率很小。”

找到了根源，問題便迎刃而解。“關鍵就是讓每一張紙從紙摞中均勻分散開。”孟英打比方說，如果原來是用小刀切的方式，那么新的工藝更像是在每一張紙之間安放了“炸藥”，所有“炸藥”會在同一時間共同發(fā)揮作用，這樣一摞紙就會均勻炸成一張張分散的紙片。

“炸開后的紙片如果挨得太近，還會重新團聚在一起，這樣就會前功盡棄?！泵嫌⒔榻B說，這個難題可以通過化學和物理方法解決，讓每一張小紙片失去團聚性能，成為一個個獨立的個體，即使挨得再近也無法重新團聚起來。

對此，孟英感觸良深：“聽起來道理似乎很簡單，為了實現(xiàn)產(chǎn)量從1克到500噸的突破，五年時間里我們光制備工藝就更新了八代。想要達到更好的分層效果，每一步工藝路線涉及的材料選定和設備定型都會像神農(nóng)嘗百草一樣試驗成百上千次?！?br/>
800元到25元的縮減

從黃金價降到白菜價，依然保有黃金品質(zhì)

“我們要做的就是努力使石墨烯從黃金價降到白菜價，但依然保有黃金的品質(zhì)?！泵嫌⒈硎?，只有將生產(chǎn)成本降低，才能使石墨烯更廣泛地應用到各個領域中，否則石墨烯將無法實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化應用?！氨热缡╇姵匦Ч_實很好，但如果價格是鋰電池的幾十倍，即便性能再優(yōu)異又有誰會去選擇購買？”

“5月底年產(chǎn)100噸生產(chǎn)線建成以后，我們生產(chǎn)的石墨烯微片成本將降到1克25元錢，遠遠低于每克800元的市場價。”孟英認為，成本的大幅降低，將會使石墨烯具備參與市場競爭的成本優(yōu)勢。

石墨烯的成本怎樣才能降低？“降低成本主要通過技術改進來實現(xiàn)?！泵嫌⒔榻B說，想要達到上百噸的年產(chǎn)量，只要一條生產(chǎn)線就能實現(xiàn)，而按照原來的技術光設備就要幾萬臺，僅這一項就要投入幾十億資金，設備折舊、人員工資等費用則更不用說。此外，用幾百塊錢的原料替代上萬塊錢的，原料篩選也為降低成本發(fā)揮著重要作用，

他以特斯拉電動汽車使用的18650電池為例介紹說，以每克石墨烯25元計算，每塊電池需要1.2克左右石墨烯，費用為30元錢，這和普通鋰電池價格相差不是太大。但石墨烯電池的壽命為1萬次，是傳統(tǒng)電池的10倍，10塊傳統(tǒng)電池才能抵1塊石墨烯電池的使用壽命，照此計算石墨烯電池的價格反而更低。

“25元錢還遠未達到成本極限，隨著研發(fā)深度的增加以及制備工藝的改進，成本將越來越低，我們的目標是1克幾元錢甚至更低?！泵嫌Υ擞兄逍训恼J識，石墨烯價格越低需求量就越大，需求量的加大還會促進產(chǎn)業(yè)規(guī)模的擴大，這是一個良性循環(huán)。

“降低成本的同時，還要保證石墨烯的品質(zhì)，這樣石墨烯材料才會更有價值?！泵嫌⒔忉屨f，比表面積大小是評價石墨烯產(chǎn)品質(zhì)量好壞的重要標準，石墨烯比表面積越大，單層率越高，品質(zhì)越好。

石墨烯品質(zhì)的不穩(wěn)定，還會影響到下游產(chǎn)業(yè)鏈產(chǎn)品的性能穩(wěn)定。孟英舉例說，“比如不同批次石墨烯比表面積相差較大，如果制作成石墨烯電池，那么有的容量是普通鋰電池的1.1倍，有的是1.3倍，還有的甚至更多，在應用時就會影響電動汽車性能?！?br/>
“通過我們的技術生產(chǎn)的石墨烯初級產(chǎn)品，比表面積穩(wěn)定在每克550平方米左右，中試結(jié)果最高時可達到1000平方米左右。”據(jù)孟英介紹，通過控制原料品質(zhì)和生產(chǎn)工藝，該公司生產(chǎn)的石墨烯層數(shù)穩(wěn)定保持在5層以下。通常來說，電解液的高濃度和抗降解能力決定了電解質(zhì)的最終濃度。然而，日本研究人員發(fā)現(xiàn)的這種加入混合溶劑的方法可以讓電解質(zhì)濃度成為目前鋰電池技術的四倍，而這種被融入鋰電池電解質(zhì)中的溶劑的主要成分將會以碳酸亞乙酯為主。

全新的混合溶液可以通過物理方法讓鋰離子電池的充電速度更快，并且在單位時間內(nèi)提供更多的電量。具體地說，這新新研究可以讓鋰電池的充電時間比現(xiàn)在提高300%，而且基本上保持了鋰電池3v至5v的額定電壓。

雖然這項新的鋰電池技術可能意味著未來我們的手機和平板電腦充電速度會大幅提升，但是這項研究的實際目的其實是用來關注電動汽車領域。而如果能夠?qū)⒊潆娝俣忍嵘?倍以上，那么就很好的解決了電動汽車充電時間過久的問題。當然，這種新型電池技術未來還有繼續(xù)進步的空間，并且對于長久以來都并沒有什么明顯改進的鋰電池或?qū)a(chǎn)生重要的影響。

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