中國儲能網訊：石墨烯是一種由碳原子構成的單層片狀結構的新材料，是一種由碳原子組成的六角型呈蜂巢晶格的平面薄膜，是只有一個碳原子厚度的二維材料，使用其制作的手機電池充滿電只需5秒鐘。
青島大學國家重點實驗室培育基地以高分子作為媒介，采用物理剝離法，已成功分離出石墨烯。目前，其分離制備即將進入實驗室的中試階段，屆時將能達到年產百公斤石墨烯的能力。而一克優(yōu)質石墨烯的價格為千余元。
青島市科技局已經立項攻關，項目經費達300萬元。中科院青島生物能源與過程研究所的崔光磊研究員帶領團隊，正在進行將石墨烯應用于鋰電池以及電容器上的研究，其中在鋰電池應用方面已具備中試能力。
前不久，美國科學家研發(fā)出一種新型超級電容器，其充電速率遠遠高于普通電池，用其為一部蘋果手機充滿電僅僅需要5秒鐘。制造這個電容器的基礎材料，是石墨烯。
在新材料領域，石墨烯受關注程度之火爆，讓人驚嘆。甚至諾貝爾獎評委會的反應也超乎尋常2004年，英國科學家成功地在實驗中從石墨中分離出石墨烯，從而證實它可以單獨存在，僅6年之后，他們就獲得了諾貝爾物理獎。
作為全國石墨資源三大主要產地之一的青島，在這場新材料的研發(fā)與應用中也不甘人后，不管是石墨烯的分離制備技術，還是新材料的應用，已經處在了爆發(fā)的前夜。
分離技術青島“出新”
一克上千元，這就是優(yōu)質石墨烯當前的價格。
在青島大學國家重點實驗室培育基地的一間實驗室里，青大泰山學者劉敬權教授指著一個裝有黑色溶液的瓶子告訴記者，現(xiàn)在大家所用的石墨烯，大都是粉末形態(tài)，保存在溶液中，“因為它們很容易聚附在一起。”
據記者了解，現(xiàn)在國內多地都上馬生產石墨烯的生產線。但劉敬權告訴記者，目前這些生產線生產的基本都是“石墨微片”，也就是多層石墨烯。“完美的石墨烯，也就是單層結構體，還沒有大規(guī)模的工業(yè)化生產。”
目前，石墨烯的分離制備方法有多種方式。一般來說，較大規(guī)模的石墨烯制備都是采用氧化還原法，“因為要用到強酸等強氧化劑，對環(huán)境影響比較大，而且生產出的石墨烯片小，會產生逆向聚集。”劉敬權說，這也就是為什么實驗室里的石墨烯要保存在溶液中。
在如何有效分離出單層石墨烯并降低成本的道路上，劉敬權和他的團隊已經邁出了關鍵一步。“諾貝爾獎得主分離石墨烯的方法是用膠帶一層層剝離，這種方法顯然不能用于大規(guī)模生產。”但這種方法啟發(fā)了劉敬權，通過兩年的研究，他發(fā)明了新的方法。
“氧化還原法剝離出來的石墨烯，表面會破壞其結構，而且容易集聚。我們就是要研究如何避免這兩個問題的出現(xiàn)。”劉敬權的辦法，是以高分子作為媒介，采用物理剝離法，實驗室實驗已經成功分離出石墨烯，證明了這種方法的可行性。
研究基本與世界同步
對于石墨烯的研發(fā)應用，青島市科技局已經立項攻關，項目經費達300萬元，包括從石墨烯的分離方法到實際應用。
在中科院青島生物能源與過程研究所，崔光磊研究員帶領的團隊，正在進行將石墨烯應用于鋰電池以及電容器上的研究。
崔光磊的助手逄淑平副研究員告訴記者，“從鋰電池上的應用來看，用石墨烯取代炭黑，可以大大提升電池的充電效率。”逄淑平表示，導電性好，表面積大，是石墨烯作為鋰電池新材料的最大優(yōu)勢。
逄淑平告訴記者，由于石墨烯具有許多特性，因此其產業(yè)前景非常廣闊，除了能充當手機充電器、汽車鋰電池，另外在電子、航天軍工、生物、新能源、半導體等領域都有廣泛的應用潛力，“石墨烯將徹底改變21世紀。”在石墨烯的“誕生地”曼徹斯特大學，研究人士們這樣預言。
國內外對石墨烯的研究可謂風起云涌。比如寧波已開工年產300噸石墨烯的項目，重慶、上海等地的科研機構和企業(yè)也有許多相關的成果宣布。目前全球有200多家公司涉及石墨烯的相關研究和開發(fā)，其中不乏IBM、英特爾以及三星等科技巨頭。
“中國在石墨烯的研究上，基本與世界保持同步。”劉敬權說。根據英國科技策略機構劍橋知識產權公司的最新數據顯示，截至2012年年底前，英國企業(yè)和院校的石墨烯相關專利共有54個，中國的相關專利數量是其40倍，美國是其30倍。過去幾年中，亞洲地區(qū)特別是韓國和中國的石墨烯專利活動顯著增加。
“一兩年內，這個產業(yè)將會爆發(fā)。現(xiàn)在是爆發(fā)的前夜。”即使離最終的產業(yè)化還有相當的距離，但劉敬權仍然認定自己的判斷。
一個全新產業(yè)即將誕生
石墨烯在青島的研發(fā)，也正在進入這樣一個前夜。
在劉敬權辦公室旁邊的一間屋子里，兩臺機器剛剛到位。劉敬權告訴記者，這是他們訂制的中試設備，石墨烯的分離制備即將進入實驗室的中試階段，“實驗室中試主要是調整配方和工藝，大約三個月的時間吧，然后進入企業(yè)中試。中試階段，我們就能達到年產百公斤石墨烯的能力。”劉敬權對中試的成功沒有任何懷疑。
逄淑平表示，從鋰電池的應用研究上看，他們現(xiàn)在已經具備了中試能力。但在他看來，要想真正地實現(xiàn)大規(guī)模的產業(yè)化應用，石墨烯的成本與處理工藝仍是困擾著科研人員與企業(yè)的兩大難題。
石墨烯產業(yè)的發(fā)展在青島有著得天獨厚的優(yōu)勢。中國石墨在世界上儲量第一、產量第一、銷量第一、品種最全。我國石墨礦產儲量為20億噸，占世界石墨礦石總儲量的72%，產量占全球產量的80%。作為全國石墨資源三大主要產地之一，青島市占全國石墨礦產儲量的22%。
據記者從市科技局獲悉，在石墨烯研發(fā)應用的立項中，也包括了青島的相關企業(yè)。“已經有企業(yè)認識到了石墨烯作為新材料所具有的廣闊應用前景，并愿意在這方面加大投入。”市科技局相關負責人說。
有資源優(yōu)勢，科研機構和企業(yè)的結合，一旦能突破關鍵技術，青島將迎來一個極具生命力的全新產業(yè)。
