人造“超級礦物”石墨烯雖然尚未在工業(yè)上投入商業(yè)應(yīng)用，但在電池方面具有巨大的潛力，預(yù)計未來幾年將出現(xiàn)巨大增長。這些礦物的前景如何?

石墨烯電池能否改變石墨未來的發(fā)展面貌？

石墨烯是一種二維原子層的石墨

隨著政府、企業(yè)和個人轉(zhuǎn)向電池為間歇性可再生能源和電動汽車提供能量儲存，鋰離子電池市場必將蓬勃發(fā)展。到2040年，預(yù)計全球?qū)⒂?.3億輛電動汽車。許多公司已經(jīng)在擴大電池技術(shù)的生產(chǎn)，特斯拉(Tesla)及其超級工廠就是其中的佼佼者。據(jù)彭博新能源財經(jīng)報道，到2021年，電動汽車鋰離子電池的產(chǎn)量將從目前的9000千瓦時提高到270千瓦時。

電池礦物，特別是鋰和鈷，已經(jīng)被廣泛應(yīng)用。

但是石墨，地球上自然存在的三種碳之一，經(jīng)常被忽視。鋰離子電池中石墨的含量是鋰離子電池的40倍。這是推動稀土需求增長的關(guān)鍵因素之一。到2020年，稀土需求將飆升200%。這一需求使石墨價格在2016年12月至2017年12月期間上漲了25%。

最近開發(fā)的一種“超級礦物”，可以顯著改善電池技術(shù)，這是推動石墨烯另一個的因素。今年早些時候，三星宣布計劃在其手機電池中加入石墨烯離子，幫助電池充電更快、續(xù)航時間更長。隨著石墨烯在石墨上發(fā)光，對需求意味著什么?

石墨烯電池能否改變石墨未來的發(fā)展面貌？

鋰離子電池中石墨的含量是鋰離子電池的40倍

石墨烯：新一代技術(shù)

曼徹斯特大學(xué)的科學(xué)家們從2004年開始開發(fā)石墨烯。它是一種二維石墨原子層，通常通過機械剝落形成。2010年，該大學(xué)的科學(xué)家因這一發(fā)現(xiàn)獲得了諾貝爾獎。

石墨烯是一個革命性的產(chǎn)品,可以讓互聯(lián)網(wǎng)連接更快、過濾海水,讓手機屏幕牢不可破,顯然是一個典型的例子,英國企業(yè)的創(chuàng)新能力改變制造業(yè)在全球范圍內(nèi)的景觀。

迄今為止，石墨烯是迄今為止發(fā)現(xiàn)的最強礦物，強度是鉆石的40倍。它作為導(dǎo)熱體和導(dǎo)電體比石墨更有效。在過去的8年里，石墨烯的潛在用途得到了越來越多的探索，包括在超級電容器和過濾膜中的應(yīng)用。石墨烯的傳輸速度是鋰的140倍，而重量是鋁的100倍。這意味著它可以將標(biāo)準(zhǔn)鋰離子電池的功率密度提高45%。少量的石墨烯也將大有裨益，這將增加其經(jīng)濟吸引力。

但是，石墨烯的商業(yè)化至今因缺乏標(biāo)準(zhǔn)化而受阻。今年7月，曼徹斯特大學(xué)國家物理實驗室和國家石墨烯研究所推出了全球首個石墨烯表征服務(wù)。這項服務(wù)將提供學(xué)術(shù)界和工業(yè)界之間缺失的一環(huán)，并將在未來幾年徹底改變石墨烯商業(yè)化的方式。這受到了研究人員和石墨烯行業(yè)人士的歡迎。

因為目前還沒有石墨烯的確切定義標(biāo)準(zhǔn)，如果我們想看到終端用戶的大量購買，就需要解決這個問題。一個清晰的框架應(yīng)該通過確保購買協(xié)議對買賣雙方都是公平的，從而減輕商品的銷售。

石墨烯電池能否改變石墨未來的發(fā)展面貌？

石墨：任重道遠(yuǎn)

隨著鋰離子電池的發(fā)展，對石墨的需求越來越大。美國和歐盟(eu)都已將其列為戰(zhàn)略礦產(chǎn)，這鞏固了其重要性。石墨最常用來制造鋼鐵，因為它在高達(dá)3600℃的溫度下保持剛性，但它已經(jīng)在數(shù)百個行業(yè)中使用了數(shù)千年。它導(dǎo)熱性和電導(dǎo)率都很高。

石墨是純碳的軟形式，通常在自然環(huán)境中以片狀或塊狀存在。該方法可以綜合構(gòu)建，但由于成本較高，開采難度較大。這種商品在世界各地開采，包括巴西、印度和馬達(dá)加斯加。中國是世界上最大的石墨生產(chǎn)國，但最近由于中國努力減少污染和保護環(huán)境而減少的碳排放可能會改變這一狀況。

目前，只有5%的石墨用于電池。然而，隨著各國(尤其是中國)向低碳經(jīng)濟邁進，這種情況似乎將發(fā)生改變。為減少污染和減緩氣候變化而轉(zhuǎn)向可再生技術(shù)的努力受到了間歇性技術(shù)的阻礙。

人們常常哀嘆，當(dāng)太陽照耀時，太陽能是巨大的，當(dāng)風(fēng)吹時，風(fēng)力渦輪機是輝煌的，但兩者都不能產(chǎn)生基本負(fù)載的電力。繞過這一抱怨的一項努力是開發(fā)存儲技術(shù)，以平衡生產(chǎn)和需求。

目前，這主要集中在各種尺寸的鋰離子電池上。從特斯拉(Tesla)在澳大利亞推出的巨型動力電池組(Powerpack)等巨型電池，到用于電動汽車的電池，這些電池都有一個共同點:它們都需要大量石墨。

需求已經(jīng)呈指數(shù)級增長，并導(dǎo)致人們預(yù)測，到2020年，石墨市場可能增至25萬噸。隨著世界轉(zhuǎn)向電池，采礦業(yè)務(wù)將不得不擴大，以滿足需求，目前北美最大的石墨礦年產(chǎn)量只有25000噸。

雖然合成石墨可以用于電池技術(shù)，但生產(chǎn)它所需要的大量煤炭大大降低了它的環(huán)保資質(zhì)。

這使得分析人士預(yù)測，人們對開采石墨的興趣將會上升，而不是合成這種大宗商品。

石墨和石墨烯在聚光燈下

未來幾年，對石墨的需求將會增長，如果石墨烯真的成為一種電池材料，供應(yīng)限制可能會進一步加劇。許多人對這種人造礦物及其對電池技術(shù)的影響寄予厚望。預(yù)計石墨烯在未來10年將有強勁的增長。

它的不斷發(fā)展和商業(yè)化無疑將影響人們對石墨的關(guān)注。技術(shù)的飛速發(fā)展提高了石墨的加工水平，增加了天然石墨的吸引力。美國地質(zhì)調(diào)查局(USGeologicalSurvey)表示:“能夠生產(chǎn)更高純度石墨粉末的熱工技術(shù)和酸浸技術(shù)的進步，可能會導(dǎo)致石墨在高科技領(lǐng)域的新應(yīng)用開發(fā)。”

這種創(chuàng)新的精煉技術(shù)使改進后的石墨能夠用于碳石墨復(fù)合材料、電子、箔、摩擦材料和特殊潤滑劑的應(yīng)用。柔性石墨生產(chǎn)線，如石墨烯透明導(dǎo)電膜，可能是增長最快的市場。

大規(guī)模的燃料電池應(yīng)用正在開發(fā)中，它消耗的石墨可能與其他所有用途的總和一樣多。隨著世界繼續(xù)轉(zhuǎn)向更清潔的能源體系，石墨和“超級礦物”石墨烯似乎將開始證明它們的潛力。