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18日,记者从中科院上海硅酸盐所获悉,该所科学家已研制出一种高性能超级电容器电极材料——氮掺杂有序介孔石墨烯。该材料具有极佳的电化学储能特性,可用作电动车的“超强电池”:充电只需7秒钟,即可续航35公里。相关研究成果已于18日发表在世界顶级期刊《科学》上。

超级电容器,是介于传统电容器和电池之间的一种电化学储能装置。由于具有功率密度高、循环寿命长、安全可靠等特点,现已广泛应用于混合电动汽车、大功率输出设备等多个领域。如何让超级电容器兼具高功率、高能量,长期以来科学家并没有找到理想材料。

为破解这一难题,中科院上海硅酸盐所联合北京大学、美国宾夕法尼亚大学展开持续攻关。黄富强研究团队最终发现,石墨烯是超级电容器电极的最佳选择。

通过反复试验、设计、合成,黄富强研究团队发现,氮掺杂有序介孔石墨烯的性能表现最佳。不仅能实现高能量密度、高功率密度,而且还可以通过使用水基电解液,做到无毒、环保、价格低廉、安全可靠。

据介绍,该新型石墨烯超级电容器体积轻巧、不易燃也不易爆,可采用低成本制备,实现规模生产。因性能较铅酸、镍氢等电池有明显的竞争优势,且在快速充放方面又远远优于锂电池,因此该“超级电池”可广泛应用于现有混合电动汽车、大功率输出设备的更新换代。

来源:新华社,记者:王琳琳

石墨烯将替代石油吗?

——追问石墨烯的产业化应用

石墨烯究竟神奇在哪里?

前不久,清华大学碳功能材料工程实验室的吕伟博士作为第一作者在《人民日报》发表题为《未来应用充满想象,产业前景十分诱人——全球涌动石墨烯热》的整版文章。

吕伟博士随后接受了本报记者采访,他介绍说,石墨烯是单原子层的二维晶体材料,也是结构最为简单的碳材料,因为它是目前已知的世上最薄(仅有一个原子厚)、最坚硬、室温下导电性最好而且拥有强大灵活性的纳米材料,所以被誉为“21世纪的神奇材料”。

“最薄、最坚硬、导电性最好”将带来哪些神奇效果?据吕伟介绍,如果电视屏幕加入石墨烯,就可以卷起来带走,而且2~3年内,我们有可能看到石墨烯屏幕在产业上的实质进展;如果将一张和保鲜膜一样薄的石墨烯盖子盖在杯子上,想用铅笔戳穿它,需要一头大象站在铅笔上;石墨烯还能制成敏感度极高的高效光伏设备,届时转换率更高的新一代太阳能电池也将出现。

因石墨烯得天独厚的物理性能,它被应用的领域愈来愈广。深圳国创新能源研究院院长、国家“千人计划”专家茆胜表示,石墨烯目前主要运用在五个领域:储能技术、柔性显示器、高精度传感器、快速导热导电技术以及阻隔渗透技术。

关于在“储能技术”领域的具体应用,国家“863计划”节能及新能源汽车重大专项总体专家组成员肖成伟博士说,多层石墨烯(石墨烯微片)具有一定的储锂空间,同时锂离子的扩散路径比较短,因此,石墨烯在锂离子电池及超级电容器领域具有广泛的应用前景。也正因为如此,才引发了一些人“石墨烯将替代石油”的联想。

远没有想象中的美好

“但有关石墨烯聚合材料电池的情况还是被媒体误读了,”肖成伟说,“媒体解读的石墨烯电池储电能力最优、比能量最好,这些说法是不科学的,按照媒体报道的比能量数值,需要用极粗的电源线为石墨烯电池充电才能实现。这个电源线粗的程度是从来没有被实现过的。另外,石墨烯只是一种材料,而被很多人误读为是能像石油、天然气一样可以直接使用的能源产品。”

石墨烯电池怎样应用在锂离子电池领域?肖成伟说,主要集中在两个方面,一是做正负极复合材料,二是做导电添加剂。目前石墨烯主要是做成电池里的导电添加剂。开发高比容量、高比功率和长循环寿命的石墨烯复合材料应用于锂离子电池及超级电容器等领域,是今后研究的重点和努力方向。

我国已经有十余家有能力制备石墨烯的企业。“但真正实现生产的企业很少,”吕伟说,“究其原因,没有成熟的应用。只有某种应用经过大量实验数据积累和性能调控成熟了,才能实现商业化生产。预计石墨烯电池要两到三年才能实现商业化生产。”吕伟说。

肖成伟确信,石墨烯产业化应用需要更长时间。他说,相关的研究刚处于起步阶段,可能连原理样机都没有做出来,更何况商业化生产。

实际上,经过十年发展,石墨烯的大部分研究还只是停留在实验室阶段,几乎没有实现产业化应用,与此同时,由于发展新材料产业政策利好,加之石墨烯巨大的商业价值、政企高涨的投资热情,大批资金流向石墨烯领域,行业规模急速膨胀,“泡沫化”倾向初显,以至于即便石墨烯的部分产品真正走出了实验室,很多人对其前景仍存质疑。

石墨烯在中国:“只听楼梯响,不见人下来”

吕伟也谈到了石墨烯在中国比较乐观的一面——中国申请的石墨烯专利数量全球最多,已超过2200项,占全世界的1/3。2013年工信部发布的《新材料产业“十二五”发展规划》中的前沿新材料中就包含石墨烯。国家自然科学基金委资助了大量有关石墨烯的基础研究项目,国家科技重大专项、国家973计划也部署了一批重大项目。

吕伟说,各级政府对石墨烯表现出极大的兴趣,已经初步形成了政府、科研机构、研发和应用企业协同创新的官产学研合作对接机制。

但事实上,“只听楼梯响,不见人下来”。真正参与进来的企业并不多,石墨烯相关技术的研发主体仍然是大学和科研机构。不少企业虽然已经申请了一定数量的专利,但整体研发力量薄弱而分散,不利于石墨烯技术跨越式发展。“在附加值更好、利润更高的应用领域,中国还处于弱势。”一家石墨烯生产商表示。

与此同时,国内石墨烯市场鱼龙混杂,有人只是以石墨烯为“敲门砖”在资本市场捞取利润,中国呼唤愿意真正推动石墨烯产业化的企业、个人,并需要政府制定顶层设计方案,以免各方力量盲目而动,上演一场有始无终的闹剧。

本文转载自:中国海洋石油报,原文刊发于2015-04-24日。

石墨烯研究缘何被习近平关注?

中国国家主席习近平10月访英期间参观曼彻斯特大学国家石墨烯研究院。石墨烯研究一时间成为各界关注的焦点。

石墨烯是一种只有一个碳原子厚的二维材料,其碳原子排列与石墨的单原子层相同。石墨烯虽然仅仅只有一个原子的厚度,但它的结构却非常稳定,比钢铁强韧200倍,同时它又有很好的弹性。

石墨烯最有潜力的应用是作为硅的替代品,制造超微型晶体管。石墨烯的电阻率极低,被期待可用来发展成新一代电子元件。石墨烯也被认为是良好的导体,适合用来制造透明触控屏幕、发光板、太阳能电池板等产品。

石墨烯的市场前景十分广阔,有报告称,到2018年全球石墨烯市场预计将达1.95亿美元,到2020年更有望达到2.78亿美元。石墨烯技术开发应用热潮方兴未艾,众多机构纷纷寻求与曼彻斯特大学国家石墨烯研究院进行技术研发。

习近平访问的曼彻斯特大学国家石墨烯研究院在国际石墨烯研究领域首屈一指,被誉为全球石墨烯科研活动的中心。石墨烯研究发端于曼彻斯特大学。2004年,曼彻斯特大学物理学家安德烈·海姆和康斯坦丁·诺沃肖洛夫成功从石墨中分离出石墨烯,证实它可以单独存在,两人因此获得了诺贝尔物理学奖。

英国官方对石墨烯研究很重视,曼彻斯特大学国家石墨烯研究院成立于2013年。英国方面投入了大量研发资金,以保持英国在该领域的领先地位。

中国是石墨资源大国,也是石墨烯研究和应用开发最活跃的国家之一。中国石墨烯生产已有一定规模。在石墨烯应用领域,中国科研工作者也取得了一些重要成果。但中国石墨烯产业化发展仍面临技术、市场和价格等诸多因素的限制。

中英两国在石墨烯研究领域已找到了一条合作捷径。华为与曼彻斯特大学合作开发石墨烯技术被认为是中英在相关领域合作的典范。中英石墨烯研究合作实现了真正意义上的“双赢”,两国“强强联合”成果可期。

本文转载自:中国新闻网

文章转载自《政商内参》

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