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石墨烯電池產(chǎn)業(yè)化之路還有多遠(yuǎn)?

發(fā)布時(shí)間: 2016-03-23 10:12:57    來(lái)源: 電池中國(guó)網(wǎng)綜合
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[摘要]在電池領(lǐng)域,目前石墨烯主要用在鋰離子電池、超級(jí)電容器、鋰硫電池、燃料電池、太陽(yáng)能電池等領(lǐng)域,相關(guān)研究機(jī)構(gòu)也屢有消息稱在石墨烯電池技術(shù)方面獲得突破。然而,目前在市面上,我們?nèi)匀货r見(jiàn)形成規(guī)?;瘧?yīng)用的石墨烯電池產(chǎn)品。

 

  今年兩會(huì)期間,石墨烯產(chǎn)業(yè)的發(fā)展與應(yīng)用成為代表委員們關(guān)注的焦點(diǎn)。恰逢今年是“十三五”開(kāi)局之年,以石墨烯為代表的新材料被納入“十三五”國(guó)家戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃中,預(yù)計(jì)未來(lái)很長(zhǎng)時(shí)間,石墨烯的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展都將受到熱烈討論。

  在電池領(lǐng)域,目前石墨烯主要用在鋰離子電池、超級(jí)電容器、鋰硫電池、燃料電池、太陽(yáng)能電池等領(lǐng)域,相關(guān)研究機(jī)構(gòu)也屢有消息稱在石墨烯電池技術(shù)方面獲得突破。然而,目前在市面上,我們?nèi)匀货r見(jiàn)形成規(guī)模化應(yīng)用的石墨烯電池產(chǎn)品。

  據(jù)業(yè)內(nèi)專家介紹,目前業(yè)界所說(shuō)的石墨烯電池,并非整個(gè)電池都用石墨烯材料制作,而是在電池的電極使用石墨烯材料,所以稱之為“石墨烯電池”并不恰當(dāng)。在鋰離子電池中,石墨烯發(fā)揮的作用主要有兩方面:直接用于負(fù)極材料和用于導(dǎo)電添加劑。但是,目前已知的石墨烯材料有600多種,每種石墨烯又有其對(duì)應(yīng)的應(yīng)用領(lǐng)域,隨著技術(shù)的不斷突破,不同石墨烯材料可形成不同組合,將擁有更加廣泛的用途。石墨烯在鋰離子電池中的應(yīng)用,或許也會(huì)取得突破性進(jìn)展。

  在超級(jí)電容領(lǐng)域,相較于傳統(tǒng)電容,石墨烯超級(jí)電容具有如下特性:表面積大,有利于產(chǎn)生高能量密度;具有超高導(dǎo)電性,有利于保持高功率密度;化學(xué)結(jié)構(gòu)豐富,有利于引入贗電容,提高能量密度;其特殊的電子結(jié)構(gòu)可優(yōu)化超級(jí)電容的結(jié)構(gòu)與性能。

  除此之外,石墨烯材料還可用于太陽(yáng)能電池和燃料電池中。此前,曾有來(lái)自西班牙Universitat Jaumel和英國(guó)Oxford University組成的光伏和光電器件組(DFO)的研究團(tuán)隊(duì),將二氧化鈦和石墨烯結(jié)合在一起當(dāng)作電荷收集器,使太陽(yáng)能電池的有效轉(zhuǎn)化率達(dá)到 15.6%。

  據(jù)了解,目前造成石墨烯電池沒(méi)能進(jìn)入產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用的原因有多個(gè)方面,如石墨烯成本過(guò)高、相關(guān)技術(shù)研究有待提高等方面。

  在成本方面,現(xiàn)在傳統(tǒng)導(dǎo)電炭黑和石墨都是按噸銷(xiāo)售(一噸幾萬(wàn)元),而目前石墨烯成本最低也要十幾萬(wàn)元,顯然成本還是要高出很多。

  在中科院院士劉忠范看來(lái),“近年來(lái),我國(guó)在石墨烯領(lǐng)域所發(fā)表的論文和申請(qǐng)的專利在數(shù)量上都已領(lǐng)先世界,但是真正原創(chuàng)性、突破性的成果非常少,研究水平絕非世界第一。”對(duì)于石墨烯相關(guān)產(chǎn)品沒(méi)有進(jìn)入產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用,劉忠范表示,目前既有的研發(fā)工作大多停留在動(dòng)力電池、超級(jí)電容器、涂料等短平快的技術(shù)方面,這樣的公司有成百上千家,多是小打小鬧行為,很難形成氣候。

  “很多都是短平快的粗放型研究和概念的炒作,市場(chǎng)也非常無(wú)序,多數(shù)企業(yè)是為了炒作石墨烯而一擁而上的小作坊式的企業(yè),沒(méi)有雄厚的人力、物力和財(cái)力基礎(chǔ)來(lái)支撐真正的石墨烯產(chǎn)業(yè)化研究。”劉忠范如是說(shuō)。

  作為一種新興材料,目前石墨烯在電池行業(yè)的應(yīng)用仍處于初期階段,進(jìn)入大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用,仍需要在材料研發(fā)、產(chǎn)品設(shè)計(jì)、制備工藝等方面開(kāi)展大量工作,其產(chǎn)業(yè)化之路仍將漫長(zhǎng)。

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