石墨烯在電力領(lǐng)域應(yīng)用大有潛力

當(dāng)前，一種超薄、超輕、超高強度、超強導(dǎo)電性、室溫導(dǎo)熱和透光性優(yōu)異的新型納米材料迅速“走紅”，它被稱為“新材料之王”，并被預(yù)言將“徹底改變21世紀”，掀起一場席卷全球的顛覆性新技術(shù)新產(chǎn)業(yè)革命。目前，有關(guān)它的戰(zhàn)爭已經(jīng)在實驗室打響，引起了各類資本的圍觀、進入。它就是石墨烯。

有資料顯示，我國已經(jīng)走在了石墨烯產(chǎn)業(yè)化的前列，是石墨烯研究、應(yīng)用和開發(fā)最為活躍的國家之一。目前，我國已經(jīng)涌現(xiàn)出了一大批石墨烯相關(guān)的企業(yè)，產(chǎn)業(yè)方向集中在石墨烯制備及儲能、觸摸屏和涂層等應(yīng)用領(lǐng)域。對此，業(yè)內(nèi)普遍認為，能源技術(shù)是石墨烯主要的應(yīng)用領(lǐng)域之一。那么，撇開對石墨烯概念、技術(shù)成熟度的爭論和質(zhì)疑，就這一材料本身來說，其在電力技術(shù)設(shè)備方面有哪些潛在的應(yīng)用價值?本報記者就這一問題采訪了掌握石墨烯(單層碳原子)宏量制備技術(shù)、實現(xiàn)了其準工業(yè)化生產(chǎn)，并靠石墨烯獲得了盈利的北京碳世紀科技有限公司(簡稱“碳世紀”)。

石墨烯超級電容、石墨烯電池是典型應(yīng)用

石墨烯超級電容、石墨烯電池已經(jīng)是為人熟知的概念，其性能相較傳統(tǒng)產(chǎn)品提升了10%~20%，是石墨烯目前在儲能領(lǐng)域最典型的應(yīng)用。“準確地認知這些應(yīng)用，首先必須從技術(shù)層面理清其概念。”碳世紀產(chǎn)品總監(jiān)徐亭解釋說，例如石墨烯超級電容器確切地應(yīng)該被稱為“石墨烯改性超級電容器”。

電極材料是超級電容、電池的核心。以活性炭作電極材料的一類超級電容來說，當(dāng)活性炭經(jīng)石墨烯改性之后，其儲存電荷的能力將提升10%~20%，以性能提升之后的活性炭加工而成的產(chǎn)品，就是所謂的石墨烯超級電容器。徐亭介紹，在這一產(chǎn)品中，石墨烯只是作為一種添加的輔助材料，改變了電極材料活性炭的儲電性能。因此準確地說，它應(yīng)該叫做石墨烯改性超級電容器。同理，由經(jīng)過石墨烯改性、提升性能后的電極材料制作的電池，也應(yīng)該叫做石墨烯改性電池。不過，石墨烯在兩種產(chǎn)品中的作用不盡相同。“對于電容產(chǎn)品，石墨烯主要是提升了其容量，但對于電池來說，石墨烯不僅提升了其容量，更重要的是將其循環(huán)壽命也提升4~5倍。”徐亭進一步介紹說，可以簡單地理解為，理論上電極材料摻入的石墨烯材料越多，其性能提升得也就越多。“雖然不符合科學(xué)語言表述，但可以這么理解。”不過，他指出超級電容、電池的制作工藝非常復(fù)雜，實際需要解決的問題有好多，好材料不一定能做出好產(chǎn)品。

“材料和工藝永遠是共存的。石墨烯材料與電極材料摻和的比例不同、加工工藝不同，其產(chǎn)品的效能就會不同。”徐亭說，石墨烯在改善電池性能方面的潛力是無極限的，但具體提升多少與其制作工藝緊密相關(guān)。他表示，國內(nèi)能夠生產(chǎn)超級電容、電池的廠家非常多，但要想把石墨烯加到電極材料里，對他們來說是件難事。“原本的來料加工的生產(chǎn)工藝，并不能滿足石墨烯產(chǎn)品的生產(chǎn)需求。”徐亭認為，自主創(chuàng)新、研發(fā)石墨烯應(yīng)用工藝，是我國電池、電容行業(yè)實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)升級亟待攻克的難題。

在電力生產(chǎn)的各環(huán)節(jié)都有用武之地

大受追捧的新材料之王在電力領(lǐng)域還有哪些潛在的應(yīng)用空間?對于本報記者的這一問題，徐亭回答說，作為一種基礎(chǔ)材料，石墨烯在整個基礎(chǔ)工業(yè)領(lǐng)域都有用武之地，它能夠?qū)崿F(xiàn)的功能有很多，只需要看其中哪些是與電力相關(guān)的，而不是從電力領(lǐng)域?qū)ふ夷男┓矫婵梢杂玫绞@是完全不同的概念。

“可以說，石墨烯在發(fā)電、輸電、儲電環(huán)節(jié)都有用武之地，并大有潛力可挖。”徐亭表示，實驗證明石墨烯能夠增強強度、耐拉、抗撕裂等，可以與機油、木炭等混合使用。其中，石墨烯改性機油后可以顯著提升其潤滑性能，這種潤滑劑已被實際應(yīng)用于私家小轎車和大貨車。“同樣都是活塞原理，以此推演，是否可以將其用于減少發(fā)電設(shè)備的摩擦，提升設(shè)備使用壽命?理論上來說是沒有任何問題的，只不過需要實際測試來證實。”他還介紹說，目前我國的火電比較多，需要處理廢氣、廢水，在這方面也可以考慮加入石墨烯，從而提升廢棄物的轉(zhuǎn)化性能。

事實上，石墨烯在學(xué)術(shù)上并不是很先進，但是真正能把它做下去，實現(xiàn)工業(yè)化并且量產(chǎn)，而且能賺到錢，是非常難的。無數(shù)人做過把石墨烯和其他材料混合的實驗，但真正將其實現(xiàn)工業(yè)化應(yīng)用的也只有極少數(shù)。拿技術(shù)較成熟的石墨烯超級電容、電池來說，其實際應(yīng)用也很少。“目前，石墨烯應(yīng)用還處于初級階段，客戶對其產(chǎn)品仍有一定的質(zhì)疑，這就需要進一步引導(dǎo)客戶測試使用，擴大推廣力度。”徐亭指出，更重要的是各相關(guān)廠家都要踏踏實實地干實事，不能炒作概念忽悠客戶，否則會導(dǎo)致客戶對整個行業(yè)失去信心。但他同時指出，對于推動石墨烯應(yīng)用來說，最大的難題是國內(nèi)企業(yè)自主創(chuàng)新理念、能力不足，對其應(yīng)用發(fā)展多持觀望心態(tài)，不敢或不想做“第一個吃螃蟹的人”。

【記者手記】石墨烯應(yīng)用要避免概念炒作

對于當(dāng)前的石墨烯材料來說，可謂產(chǎn)業(yè)尚未成熟、概念炒作先行。具體來說，石墨烯概念的炒作包括了對各種石墨烯可能實現(xiàn)的應(yīng)用的炒作，也包括了對所謂的雙層、多層石墨烯的炒作。對此，碳世紀一再強調(diào)和堅持，單層的碳原子才是石墨烯，不是單層的碳原子就不是石墨烯。事實上，國內(nèi)外學(xué)術(shù)界也一致明確，石墨烯是單層的碳原子結(jié)構(gòu)，如同一位英國大學(xué)教授所表述的，“石墨烯加上一層就是石墨，去掉一層就什么都沒有”。其實，關(guān)于“單層”的概念，從“石墨烯是由碳原子組成的只有一層原子厚度的二維晶體”的定義中就能得到證實。在國際上，雖沒有制定石墨烯的國際標準，但國際標準化組織在相關(guān)的碳納米技術(shù)規(guī)范中，明確定義石墨烯就是單層碳原子。碳世紀認為，有關(guān)石墨烯的概念原本是不存在爭議空間的，當(dāng)前有關(guān)雙層、多層石墨烯的炒作無非是出于商業(yè)利益，一方面是因為只有極少數(shù)企業(yè)能制備出真正的石墨烯(單層碳原子)，一是方面是為了滿足資本炒作的需求。

“明確正確的概念非常重要。因為概念炒作已經(jīng)讓下游的用戶深受傷害。”徐亭介紹，由于對石墨烯概念缺乏正確的認知，使用所謂雙層、多層石墨烯(實際上，能制備出5層碳原子以下碳材料的研發(fā)機構(gòu)和企業(yè)也是寥寥無幾)，不僅沒有達到理想的效果，甚至引發(fā)事故，使得用戶對石墨烯失去了信心。如此炒作，最終只會讓整個石墨烯應(yīng)用產(chǎn)業(yè)受傷害。對此，業(yè)內(nèi)專家也呼吁，趁著國家當(dāng)前新的扶持政策，無論是科研人員還是資本，都應(yīng)該踏踏實實地去做好產(chǎn)品，才有利于整個行業(yè)的發(fā)展。

2016（第十二屆）中國能源戰(zhàn)略投資論壇將于4月中旬在北京召開，會議主題“供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革環(huán)境下：能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展的進與退”，
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