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諾貝爾獎獲得者:石墨烯電池或是炒作,但我們要有遠見

作者:中國儲能網(wǎng)新聞中心 來源:南方周末 發(fā)布時間:2015-12-04 瀏覽:次


中國儲能網(wǎng)訊:政府、媒體常?;煜龁栴},認為石墨烯只是像納米管一樣的材料。石墨烯不止于此,它是一個用來定義全新一代材料的名詞。

規(guī)?;难趸€原生產(chǎn)確實會對環(huán)境造成挑戰(zhàn)。這種方法只能用于少量石墨烯的制作,以千克計算,而不是噸。

只有未來才能告訴我們真正的石墨烯電池是否能出現(xiàn),或者徹底失敗。但我認為石墨烯成為所有電池的成分只是時間問題。

石墨烯的發(fā)現(xiàn)者、2010年諾貝爾物理學獎得主安德烈·海姆一個月前剛來過中國。

2015年10月末,海姆參加中國國際石墨烯創(chuàng)新大會。他對青島高度集中的石墨烯產(chǎn)業(yè)區(qū)印象深刻,還寫下題詞:“中國正引領石墨烯商業(yè)化。愿石墨烯與你們同在!”

2004年,英國曼徹斯特大學科學家安德烈·海姆和康斯坦丁·諾沃肖洛夫從石墨中剝離出了石墨烯,打破了國際物理學界長達半個世紀的結論——石墨烯只是假設性的結構,無法穩(wěn)定存在。石墨烯的發(fā)現(xiàn)引發(fā)了材料界的一場革命,但在工業(yè)生產(chǎn)應用中仍有許多難題待解。

2015年11月16日,海姆接受南方周末記者專訪。據(jù)他介紹,目前約有十家美國企業(yè)和十家歐洲企業(yè)在生產(chǎn)不同種類的石墨烯。“中國的石墨烯研究,尤其是在應用和生產(chǎn)領域,比世界其他國家是領先的”。

合理用量內,沒有毒性

南方周末:有研究發(fā)現(xiàn),石墨烯對污染物具有較強吸附力,如果進入土壤和地表水中,可能有環(huán)境風險。你如何看?

海姆:石墨烯和環(huán)境的關系確實是一個重要的問題。很多研究者也曾對石墨烯的毒性做過專門研究,在合理用量下,沒有任何一項研究證明石墨烯有毒。當然,如果通過靜脈高強度注射石墨烯,那必然會有損害。

南方周末:目前大部分中國企業(yè)用還原氧化法生產(chǎn)石墨烯,生產(chǎn)過程中要大量使用水和強酸,若處理不當會污染環(huán)境。可以如何改進嗎?

海姆:“氧化石墨烯”是一種非常好的用于產(chǎn)生石墨烯的介質材料,它甚至還有很多石墨烯不具備的優(yōu)良屬性。用這一方式生產(chǎn)石墨烯確實可能污染環(huán)境,因為要用到強酸,使用大量的水。我認為應該有人發(fā)明其他物質去生產(chǎn)石墨烯。

這種方法只能用于少量石墨烯的制作,以千克計算,而不是噸。規(guī)模化的氧化還原生產(chǎn)確實會對環(huán)境造成挑戰(zhàn)。所以,人們在生產(chǎn)特定種類石墨烯的時候應該學會循環(huán)利用,比如循環(huán)利用水。我說的只是特定種類,并不代表所有種類的石墨烯。

南方周末:綜合考慮成本因素、環(huán)境風險和技術可行性,目前已有的幾種石墨烯制備方法中,你認為哪一種更適合工業(yè)化大規(guī)模生產(chǎn)推廣?

海姆:通過化學氣相沉積法(與氧化還原法一樣,是目前較為主流的制備方式之一,但無污染隱憂)生產(chǎn)出來的石墨烯不是以千克或者噸來計算,而是以平方米來計算,因為它只有一個原子的厚度,可以適用于導電薄膜、觸摸屏等應用。這種方式更高科技,但制備技術并不成熟,在成本控制上面臨很大挑戰(zhàn)。

石墨烯有很多不同的制備方法,所以當人們談論石墨烯和環(huán)境關系的時候,應該按不同的制備方法來評價。不同的制備方法出現(xiàn)的問題完全不同,而有些制備方法,雖然材料本身沒有毒性,但生產(chǎn)過程中卻產(chǎn)生了問題。這是生產(chǎn)的風險,而不是材料本身的問題。

是炒作,也是遠見

南方周末:石墨烯應用在鋰電池領域,一般的做法是在鋰電池的正負極中添加石墨烯材料。目前有人將這種應用稱為“石墨烯電池”,請問這一稱呼是否準確?

海姆:就目前石墨烯在電池領域的貢獻來說,稱其為石墨烯電池確實不準確。包括中國在內的科研人員正在研究石墨烯是否可以成為鋰電池或所謂“超容量電池”的主要成分,所以“石墨烯電池”仍是正在研究的課題。

另外一方面,人們已經(jīng)將石墨烯加入目前的電池中去,但對電池性能的提高還非常有限。有些人爭論是提升了2%、3%還是20%,但確實多少提高了電池的質量。雖然目前只是小小的提升,但確實是一個重要進步。

南方周末:是什么原因造成“石墨烯電池”熱潮?

海姆:目前石墨烯電池也許存在炒作的嫌疑,但是為了取得一些成就,我們需要有一定的遠見。而在石墨烯研究的學術界,大家就有這樣的遠見。

中國正在為此努力。我個人并不是從事石墨烯電池研究的,但我相信我的同行,他們知道他們正在做的事情是什么。

南方周末:石墨烯應用在鋰電池中,目前有專家認為,除了成本高昂外,工藝特性也不兼容。這種技術是否有前途?

海姆:只有未來才能告訴我們真正的石墨烯電池是否能出現(xiàn),或者徹底失敗。但像我們正在對現(xiàn)有電池的嘗試一樣,即使只是提升20%到30%的性能,這也是一項很大的成就,也值得我們現(xiàn)階段所付出的努力。我認為石墨烯成為所有電池的成分只是時間問題。

石墨烯質量良莠不齊

南方周末:近年來,在中國股市里,石墨烯概念股也受到追捧。你認為,資本的青睞對石墨烯的研究和產(chǎn)業(yè)發(fā)展有什么影響?

海姆:我對中國的情況不是很了解,但我知道在美國或者歐洲,有些企業(yè)并不生產(chǎn)嚴格意義上的石墨烯,而僅僅是石墨粉。

確實有一些公司履行承諾,生產(chǎn)的也是真正意義上的石墨烯。但既然有炒作,就有人肆無忌憚地以石墨烯的空口承諾來賺錢。在英國,我們說“有煙必有火”。所以只能建議風險投資者們,需要看清楚所投企業(yè)的基本實力,不要僅僅投資“石墨烯”這三個字,要投資它背后真正的研究成果。

南方周末:雖然受到資本青睞,但石墨烯在中國產(chǎn)業(yè)界目前似乎供過于求。在世界范圍內,石墨烯的供求關系是怎么樣的?

海姆:我并不認可供過于求的說法。如果是那些質量低下的石墨粉,也許存在供過于求的狀況,但真正的問題在于有很多公司供應的石墨烯質量良莠不齊,甚至性能都不一致。而大公司需要成噸的供應量,來生產(chǎn)石墨烯輪胎、電池和涂料。目前,這樣的供應顯然是無法滿足的。

另外一方面,有很多公司對外宣稱供應的是石墨烯,但其實根本不是,它和你在石墨礦上看到的東西是一樣的。所以這應該是一個標準化產(chǎn)品的供應和需求的問題。僅僅在盒子上打“石墨烯”標簽是不夠的,你需要鑒別什么才是真正的石墨烯。

石墨烯意義不同于納米管

南方周末:目前眾多石墨烯應用研發(fā)中,你最看好哪一項?

海姆:當前,研究將致力于石墨烯的簡單應用方面:將其加入現(xiàn)有產(chǎn)品,嘗試提高其性能。電池就是其中的一個例子,但可能不是最好的例子。

另一個例子是將石墨烯加入涂料里,以提高其質量。防腐涂料涂在橋上、船舶或者其他設施上,以防止生銹。也許這能使涂料更耐用,還不會增加成本。還有一個例子是將石墨烯加入輪胎,尤其是大型貨車輪胎。有證據(jù)表明這能提高輪胎使用壽命,因為石墨烯能讓輪胎的溫度分布更均勻,這僅僅需要添加少量石墨烯。

南方周末:另一位諾獎得主康斯坦丁·諾沃肖洛夫在2012年發(fā)表過一份“石墨烯路線圖”,預計首個石墨烯觸摸屏會在三至五年內上市,到2030年石墨烯將能替代硅。你認為這種預期是否過于樂觀?

海姆:對我而言,現(xiàn)在預測10或20年后將發(fā)生什么有些不合時宜。我們剛剛談論的應用產(chǎn)品,是即將在接下來的一些年里問世,所以這些預測是合理的。

人們需要一些諸如路線圖的東西來激勵自己。我是一個現(xiàn)實主義者,并不是一個拉拉隊長,所以我盡量避免成為下一代人的預言家。

南方周末:和石墨烯一樣,碳納米管剛被科學家發(fā)現(xiàn)時也吸引了全世界的目光,但目前的應用情況并不如預期理想。你認為石墨烯產(chǎn)業(yè)化面臨的最大困難是什么?

海姆:政府、媒體常常混淆一個問題,他們認為石墨烯只是一種像納米管一樣的材料,其實石墨烯不止于此。石墨烯是一個用來定義全新一代材料的名詞。

這是一種全新的材料,它僅有一個原子厚度,而且具有透明性,和以往的三維材料在特性上大為不同。我們面臨的情況應該和幾百年前塑料被發(fā)明時類似。當塑料剛出現(xiàn)時,人們最開始也不知道如何利用它。后來還是有了成千上萬種塑料材料,我們幾乎離不開它們。我們目前也是這樣的經(jīng)歷,這種一個原子厚度的材料,以后將會有成千上萬種,不僅僅是我們所說的碳材料。

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關鍵字:石墨烯電池 儲能電池

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