作為21世紀(jì)最具發(fā)展?jié)摿Φ纳衿娌牧?，石墨烯在清潔能源、海水淡化、可穿戴技術(shù)、生物醫(yī)學(xué)、電子信息等領(lǐng)域?qū)?lái)革命性變化。未來(lái)10年內(nèi)，有望形成千億產(chǎn)業(yè)規(guī)模，拉動(dòng)萬(wàn)億產(chǎn)業(yè)鏈。
11月26日，“石墨烯在儲(chǔ)能領(lǐng)域的應(yīng)用”主題沙龍?jiān)诒本┡e行。這是烯碳新材石墨烯系列論壇——“烯望沙龍”的第六期活動(dòng)。
沙龍會(huì)上，烯碳新材高級(jí)技術(shù)研究員周曉航博士做了主題為“石墨烯在儲(chǔ)能領(lǐng)域的應(yīng)用”的報(bào)告，天津工業(yè)大學(xué)時(shí)志強(qiáng)教授分享了“超級(jí)電容器儲(chǔ)能用炭材料的技術(shù)進(jìn)展”。來(lái)自全國(guó)各高校、研究院所、企業(yè)、投資機(jī)構(gòu)、媒體等的多位嘉賓在會(huì)上進(jìn)行了熱烈的交流。
我國(guó)是世界上最大的能源生產(chǎn)國(guó)和消費(fèi)國(guó)。隨著近年來(lái)傳統(tǒng)能源消耗帶來(lái)的環(huán)境污染事件集中爆發(fā)，如大面積、持續(xù)性的霧霾等，推動(dòng)清潔能源技術(shù)發(fā)展、有效落實(shí)節(jié)能降耗，已成為我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展中的一件大事。
在近期發(fā)布的《中共中央關(guān)于制定國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展第十三個(gè)五年規(guī)劃的建議》中，能源革命被列入其中。建議提出“推動(dòng)建設(shè)清潔低碳、安全高效的現(xiàn)代能源體系”，為新時(shí)期清潔能源的發(fā)展提供了巨大的發(fā)展機(jī)遇。
目前，儲(chǔ)能已成為長(zhǎng)期制約新能源發(fā)展的瓶頸因素。無(wú)論對(duì)于純電動(dòng)汽車(chē)還是智能電網(wǎng)來(lái)說(shuō)，先進(jìn)的儲(chǔ)能裝置都是決定成敗的關(guān)鍵因素之一。
周曉航博士提到，目前已報(bào)道出的石墨烯儲(chǔ)能器件包括鋰離子電池和石墨烯超級(jí)電容產(chǎn)品。例如，南車(chē)的石墨烯超級(jí)電容器，英國(guó)曼徹斯特大學(xué)的石墨烯手機(jī)充電寶，華為的石墨烯手機(jī)電池，還有被大家猜測(cè)的特斯拉石墨烯動(dòng)力電池等。這些產(chǎn)品較傳統(tǒng)的鋰電池和電容器來(lái)說(shuō)，具有更優(yōu)異的性能，尤其表現(xiàn)出更好的充放電壽命和倍率性能。
石墨烯由于其極高的導(dǎo)電率、特殊的層狀結(jié)構(gòu)和超大的比表面積等特點(diǎn)，使得它在儲(chǔ)能領(lǐng)域中具有非常大的應(yīng)用潛能，目前的研究熱點(diǎn)包括：鋰離子電池負(fù)極材料、電池導(dǎo)電劑；超級(jí)電容的電極材料；燃料電池的催化劑以及隔膜；空氣電池的正極材料等。
周博士介紹到，目前阻礙石墨烯應(yīng)用的主要問(wèn)題是高昂的生產(chǎn)成本。制備石墨烯的方法主要包括：外延生長(zhǎng)法、氧化還原法、化學(xué)氣相沉積法等。通過(guò)外延生長(zhǎng)法工藝生產(chǎn)的石墨烯薄膜，單層率高，缺陷少，但是價(jià)格高昂，主要的潛在應(yīng)用為柔性電子領(lǐng)域。氧化還原法生產(chǎn)的石墨烯粉體，盡管單層率較低，但是可產(chǎn)量。對(duì)于鋰離子電池來(lái)說(shuō)，價(jià)格相對(duì)低廉的氧化還原法生產(chǎn)的粉體材料可以滿足負(fù)極材料的需求。雖然這種制備方法導(dǎo)致了部分粉體的表面缺陷，犧牲了一部分的導(dǎo)電性。但是，石墨烯可以提高負(fù)極材料的整體導(dǎo)電性，增加其容量，避免過(guò)電壓。
隨著石墨烯氧化還原制備技術(shù)的不斷提高，規(guī)?；苽涑杀疽矊⒅鸩较陆?，當(dāng)價(jià)格降低到市場(chǎng)可接受的程度時(shí)，石墨烯將快速滲透到儲(chǔ)能領(lǐng)域當(dāng)中，率先實(shí)現(xiàn)石墨烯在下游應(yīng)用領(lǐng)域的規(guī)模化應(yīng)用。
天津工業(yè)大學(xué)的時(shí)志強(qiáng)教授帶來(lái)了“超級(jí)電容器儲(chǔ)能用炭材料技術(shù)進(jìn)展”報(bào)告。報(bào)告中，時(shí)教授介紹道，超級(jí)電容器具有充電速度快，壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)，適合在智能電網(wǎng)、高鐵變電等領(lǐng)域進(jìn)行應(yīng)用?；钚蕴烤哂袃r(jià)廉、比表面積較大的優(yōu)勢(shì)，非常適合超級(jí)電容的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用。另一方面，石墨烯具有更高的導(dǎo)電性，用來(lái)制作超級(jí)電容可以提高容量和比能量，彌補(bǔ)超級(jí)電容器低能量密度的缺點(diǎn)。
沙龍上，嘉賓們經(jīng)過(guò)討論認(rèn)為，由于石墨烯在儲(chǔ)能領(lǐng)域應(yīng)用的門(mén)檻相對(duì)較低，儲(chǔ)能領(lǐng)域?qū)⒊蔀殚_(kāi)啟石墨烯應(yīng)用的第一扇大門(mén)，2016年以后，石墨烯儲(chǔ)能領(lǐng)域的相關(guān)產(chǎn)品有望陸續(xù)走入市場(chǎng)。
