自今年以來，市場對石墨烯材料追捧火熱，不少廠商和科研機構(gòu)對石墨烯作為新的電池材料的應(yīng)用嘗試越來越多。烯聯(lián)納米項目負(fù)責(zé)人何仕國曾表示，烯聯(lián)納米的電池正極材料是純電動車電池的核心技術(shù)。那么，石墨烯會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解決選項嗎?

石墨烯鋰電池嶄露頭角

石墨烯具有獨特的二維結(jié)構(gòu)、優(yōu)異的性能和各種潛在的應(yīng)用價值，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動的特性，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，玉龍股份將對寧夏漢堯石墨烯儲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)電漿料項目產(chǎn)線的建設(shè)投產(chǎn)，帶動產(chǎn)能和釋放推動新業(yè)務(wù)的發(fā)展。

鋰電產(chǎn)業(yè)鏈相關(guān)廠商的對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

在國家政策主導(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《中央日報》報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極保護膜和陰極材料后可以提升充電容量、縮短充電時間，而且高溫穩(wěn)定性也能得到保障。韓國計劃五年內(nèi)將“石墨烯球”鋰電子電池實現(xiàn)商用化。

今年三月底，落戶于銀川經(jīng)濟技術(shù)開發(fā)區(qū)的石墨烯新能源產(chǎn)業(yè)化項目，計劃投資85億元，實施年產(chǎn)3萬噸石墨烯改性三元材料及1萬噸石墨烯導(dǎo)電漿料項目等5個項目，項目建成后，可在銀川市形成石墨烯儲能材料基本的產(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能電池的成本，這種電池有可能在夜視鏡、相機等小型數(shù)碼設(shè)備中應(yīng)用。

石墨烯電池盡管得到了不少廠商和投資者的偏愛，但是也存在反對聲音。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驗室之中，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。石墨烯對于動力電池而言，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，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間來實現(xiàn)的。”

團隊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，并對其進行表征，然后確定了它們在析氫反應(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。

研究人員進行了理論計算來支持他們的實驗結(jié)果。結(jié)果證實了石墨烯層數(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)場聚合物電解質(zhì)膜電解在氫站進行大規(guī)模氫生產(chǎn)的穩(wěn)定、廉價的催化劑鋪平了道路。”該小組的研究結(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、機械強度高等多種優(yōu)異性能于一身，是主導(dǎo)未來高科技競爭的超級材料，被稱為“黑金”，可極大推動相關(guān)產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展和升級換代，市場前景廣闊，有望催生千億元規(guī)模的產(chǎn)業(yè)。

由于硅材料本身限制，計算機、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。石墨烯中電子運行幾乎無阻礙，運行速度是硅的數(shù)倍，為打破這一瓶頸帶來可能。加之智能化、大數(shù)據(jù)、云計算、可穿戴裝備的興起，對高速計算機、高效能源轉(zhuǎn)換和儲存系統(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)展將從過去的硅時代邁入以石墨烯等碳材料為代表的碳時代。

石墨烯問世之后，美國、日本、歐盟等發(fā)達(dá)國家紛紛從國家戰(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、巴斯夫等跨國集團，也都瞄準(zhǔn)石墨烯市場，積極推進石墨烯產(chǎn)業(yè)化研究。

中國是石墨資源大國，也是石墨烯研究和應(yīng)用開發(fā)最活躍的國家之一。未來十年是石墨烯從實驗室步入應(yīng)用的關(guān)鍵時期。繼《中國制造2025》、《關(guān)鍵材料升級換代工程實施方案》等國家戰(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)，是我國新材料產(chǎn)業(yè)的發(fā)展契機，其產(chǎn)業(yè)化過程，也是檢驗和提升我國綜合科技實力的過程。在研究國內(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：保護知識產(chǎn)權(quán)促進公共平臺成果落地、加強人才培養(yǎng)夯實綜合科技基礎(chǔ)、鼓勵引入民間資本發(fā)展石墨烯產(chǎn)業(yè)，并就我國石墨烯產(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

通過政府政策引導(dǎo)，圍繞我國經(jīng)濟社會發(fā)展和國家安全重大需求，整合創(chuàng)新、產(chǎn)業(yè)化等資源，抓住重點，實施多項重大工程，開發(fā)一批標(biāo)志性、牽引推動作用強的重點產(chǎn)品和代表工藝，提升自主開發(fā)設(shè)計水平和系統(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)化能力和國際競爭力，帶動材料業(yè)整體綜合實力發(fā)展，搶占國際競爭制高點。

路徑二：重點行業(yè)應(yīng)用示范

堅持石墨烯發(fā)展全國一盤棋和分行業(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。鼓勵全民創(chuàng)新，引導(dǎo)創(chuàng)新成果轉(zhuǎn)化，扎實提高基礎(chǔ)科學(xué)理論水平，促進各行業(yè)深度發(fā)展，總結(jié)積累產(chǎn)業(yè)化經(jīng)驗，加快推動石墨烯應(yīng)用整體水平提高，開展重點行業(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)域打造重點示范項目。

路徑三：產(chǎn)學(xué)研用協(xié)同推進

產(chǎn)學(xué)研用多渠道協(xié)同推進石墨烯產(chǎn)業(yè)化進程，通過生產(chǎn)單位、學(xué)校、科研機構(gòu)和用戶等相互配合，集中各自優(yōu)勢資源，形成研究、開發(fā)、生產(chǎn)、應(yīng)用一體化的高效系統(tǒng)，在運行過程中發(fā)揮綜合優(yōu)勢，提高產(chǎn)業(yè)鏈從實驗成果到實際應(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)，加強石墨烯公共技術(shù)服務(wù)，降低石墨烯產(chǎn)業(yè)化進程中的時間、資金、技術(shù)、工藝、設(shè)備、人才等成本，為聯(lián)盟單位提供一個高標(biāo)準(zhǔn)高質(zhì)量的起點和合作渠道。

路徑四：創(chuàng)新平臺集聚發(fā)展

完善國家石墨烯創(chuàng)新體系建設(shè)，加強頂層設(shè)計，加快建立以創(chuàng)新中心為核心載體、以公共服務(wù)平臺和應(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)，建立以市場為主導(dǎo)的創(chuàng)新和應(yīng)用方向選擇機制以及鼓勵創(chuàng)新的風(fēng)險分擔(dān)、利益共享機制。建立石墨烯創(chuàng)新產(chǎn)業(yè)園區(qū)和基地，引進科技成果轉(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)化進程。建設(shè)一批促進石墨烯協(xié)同創(chuàng)新和產(chǎn)業(yè)化的公共服務(wù)平臺，規(guī)范行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，開展技術(shù)研發(fā)、技術(shù)評價、技術(shù)交易、檢驗檢測、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。