11月11日,石墨烯在新型储能材料中的应用研讨会在京举行。此次研讨会主要针对石墨烯在双层超级电容、锂离子电池、储能电极材料等储能领域的技术研究和产业化进展等方面进行了深入探讨和交流,旨在推动石墨烯在新型储能材料中的应用,破解新材料上下游应用脱节的难题。

  人们较多地关注石墨烯大概始于2010年。这一年诺贝尔物理学奖颁给了在石墨烯材料方面进行卓越研究的两位科学家。之后的几年里,有关石墨烯的报道不绝于耳。石墨烯在我国发展的现状如何呢?前不久在京举行的中加石墨烯产业及应用研讨会透露,尽管石墨烯产业化面临着技术、市场、成本等问题,但利好的是石墨烯有望入选“十三五”新材料重大专项,石墨烯研发及产业化也将会在“十三五”科技发展规划中占据一定的位置。
  石墨烯是由碳原子构成的只有一层原子厚度的二维晶体。石墨烯被称为“新材料之王”,集优异的力学、电学、热传导、阻隔性等材料性能于一体,可替代传统材料,并能促成众多技术革命,具有不可估量的应用前景。
新葡萄京棋牌官网,  在石墨烯无与伦比的材料性能被认可之后,石墨烯制备技术研发不断升温,各路资本热烈追逐。然而,与上游研发热、资本追逐热等形成鲜明对比的是,下游的规模化应用却频繁遇冷。这其中到底是何缘由?石墨烯产业化发展的路径有哪些?国家还需要出台哪些支持政策?业界还需要在哪些方面努力?今日推出《石墨烯产业化到底卡在了哪?》(如下)为您详细报道,敬请垂注。
  用“一半是火焰,一半是海水”来形容当前石墨烯产业发展的境况毫不为过——一边是制备技术研发不断成熟,呈现出资本热、学术热,另一边是规模化应用频频遇冷,产业化发展亟待突破。
  然而,石墨烯产业发展的这种境况有望很快被打破,石墨烯产业化正步入黎明前夕。
  6月16日,中加石墨烯产业及应用研讨会如期在北京中信证券大厦举行。此次研讨会不仅吸引了我国石墨行业的专家学者和企业代表,而且得到了中国非金属矿工业协会石墨专业委员会和加拿大驻华大使馆商务处的大力支持。
  据研讨会透露,尽管石墨烯产业化面临技术、市场、成本等问题,但利好的是石墨烯有望入选“十三五”新材料重大专项,石墨烯研发及产业化也将在“十三五”科技发展规划中占一定位置。
  无独有偶。中国石墨烯产业联盟近日召开新闻发布会称,由于制备和应用技术制约,石墨烯目前还不能大规模产业化,但石墨烯产业化前景可期。
  据中国石墨烯产业联盟预计,目前全球石墨烯年产能达到百吨级,未来5年~10年将达到千吨级。到2020年,全球石墨烯市场规模将超1000亿元,其中中国占比50%~80%,中国将在全球石墨烯产业中起到主导和核心作用。
  “新材料之王”的魅力
  石墨烯是由碳原子构成的只有一层原子厚度的二维晶体,石墨烯一层层叠起来就是石墨。实际上,石墨烯本就存在于自然界,只是难以剥离出单层结构。
  2004年,英国物理学家安德烈·盖姆和康斯坦丁·诺沃肖洛夫成功从石墨中分离出石墨烯,证实其可以单独存在。石墨烯被发现后,业界对于石墨烯的研发不断升温,2010年诺贝尔物理学奖的颁布更是将行业推向了高潮。
  作为目前发现的最薄、强度最大、导电导热性能最强的一种新型纳米材料,石墨烯被称为“新材料之王”,集优异的力学、电学、热传导、阻隔性等材料性能于一体,可替代传统材料,并能促成众多技术革命,具有不可估量的应用前景。甚至,科学家预言石墨烯将“彻底改变21世纪”,极有可能掀起一场席卷全球的颠覆性新技术新产业革命。
  目前,石墨烯相关的技术研发已被列入美国、英国、中国、日本和韩国等国家的新材料领域重点支持项目。与其他国家相比,这些国家的石墨烯产业化开发处于相对前列。
  事实上,2012年以来,我国政府对于石墨烯产业的发展一直保持高度关注和重视。
  2012年1月,工信部发布《新材料产业“十二五”发展规划》,将前沿新材料作为发展重点,积极开发纳米粉体、石墨烯等新材料。
  2014年9月,科技部发布“863科技发展计划”,将石墨烯研发作为其中一个重点支持的内容。2014年11月,国家发改委、财政部、工信部出台了《关键材料升级换代工程实施方案》,明确到2016年,推动新兴产业发展急需的石墨烯等20种左右重点新材料实现批量稳定生产和规模化应用。
  2015年以来,我国对石墨烯的政策支持力度更是明显加码。2月,工信部下发了《关于印发2015年原材料工业转型发展工作要点的通知》,要求制订石墨烯等专项行动计划,组建碳纤维、石墨烯、稀土等新材料产业联合创新中心,重点突破共性技术、专用装备、高端品种的制约。5月和10月,国务院分别发布了《中国制造2025》和《重点领域技术路线图》,提出了石墨烯产业“2020年形成百亿产业规模,2025年整体产业规模突破千亿”的发展目标,对石墨烯中长期发展路线进行了部署,并纳入《新材料产业“十三五”发展规划》。11月,国家工信部、发改委、科技部下发《关于加快石墨烯产业创新发展的若干意见》,提出到2018年石墨烯材料制备、应用开发、终端应用等关键环节良性互动的产业体系基本建成,到2020年形成完善的石墨烯产业体系,实现石墨烯材料标准化、系列化和低成本化。
  今年5月5日,备受业界关注的《石墨烯材料的术语、定义及代号》国家标准(征求意见稿)在中国国家标准化管理委员会官网正式公布,并向社会公开征求意见。这标志着我国首个石墨烯国家标准制定取得重要进展。
  业内预计,中国国际石墨烯资源产业联盟今年9月将正式成立,同时上海石墨烯产业技术功能型平台将正式运作。
  产业化为何频频遇冷
  可以说,在石墨烯被发现,以及优越的材料性能被认可之后,其被业界追捧的程度可用“无与伦比”来形容。
  随后数年,石墨烯制备技术研发不断升温,各路资本粉墨登场,热烈追逐。华丽家族、德尔未来、东北证券、中国宝安、中泰化学等上市企业纷纷通过收购、入股等形式进军石墨烯领域。
  然而,与上游研发热、资本追逐热等形成鲜明对比的是,其下游规模化应用却频频遇冷。
  “目前,石墨烯行业存在冷热不均的局面,一是学术界、资本界、媒体的热与产业界的冷;二是政府招商的热与落地配套政策的冷;三是中国群众式的热和发达国家注重长远的冷。”在中加石墨烯产业及应用研讨会上,工业和信息化部赛迪研究院原材料工业研究所所长肖劲松表示。
  肖劲松认为,目前资本市场将石墨烯捧成了“上帝材料”,但国内研究缺少有价值的、专业的研发成果,上市公司大都是处于亏损状态,石墨烯市场虚火过旺,产业界的态度是“不见兔子不撒鹰”。
  据肖劲松介绍,2011年以来,我国研究人员发表的论文总数和专利申请数量已经稳居世界第一位。截至目前,中国申请石墨烯领域专利2200多件。据不完全统计,目前全国有80多所国内一流大学和研究机构涉足石墨烯研究。
  他分析称,当前石墨烯产业化存在技术、市场以及成本三个主要问题,比如关键性技术尚未获得实质性突破,下游应用领域研发落后,产业应用技术缺乏指导,前期研发投入资金量大且周期长等。
  对此,肖劲松建议,“十三五”期间国家应设立石墨烯发展专项计划和专项基金,将石墨烯确定为战略性矿产资源;打通应用环节,形成上下游一体化的产业链条;加快制定正确的技术路线和材料标准、应用标准等标准规范;做大做强采、选、冶一体的高科技龙头企业集团,建立石墨烯产业基地;鼓励和引导社会资本进入石墨烯产业领域。
  鉴于现实中“冷热不均”、频频遇冷的境况,业界对于石墨烯产业化的热情逐渐冷却下来。甚至有不少业外人士与投资者认为,石墨烯实现产业化为时过早。
  对此,肖劲松表示:“石墨烯产业正处于概念导入期、产业化突破前期。”在他看来,按照硅材料产业的成熟周期为20年来推断,石墨烯产业化成熟至少还需要5年~10年,接下来如何破局是关键。
  “近期,我们对石墨烯产业链进行了调研。调研发现,我国部分石墨烯企业仍受制于制备工艺不成熟、成本高、环保严、不稳定性等因素,从而导致其商业化应用推广进程缓慢。”在中加石墨烯产业及应用研讨会上,中国非金属矿工业协会石墨专委会副秘书长刘荣华表示。刘荣华的另一个身份是国内首家石墨烯交易电商平台——“石墨邦”创始人。今年4月,他率队对我国石墨烯产业链进行了一次调研。
  难以估量的市场前景
  “当前,石墨烯发展已进入了产业化的黎明前夕,与外界认知存在巨大的预期差。”刘荣华表示,市场对于石墨烯产业政策的预期非常强烈,而且石墨烯有望入选“十三五”新材料重大专项。
  据了解,目前,石墨烯主要以石墨烯粉体及石墨烯薄膜两种形式存在。石墨烯粉体通过天然石墨制备出来,其制备方法主要有机械剥离法和氧化还原法,应用于新材料领域和能源领域。石墨烯薄膜是通过甲烷制备出来,其制备方法主要有化学气相沉积法和外延生长法,应用于电子领域、环境领域和医药领域等。
  经过调研,刘荣华预计,今年下半年石墨烯产业将是“粉”“膜”登场,应用的行业包括防腐涂料、导热塑料、石墨烯EPS、消费电子散热片、超级电容器及锂电池等。“部分石墨烯企业2015年已经突破了千万元收入,今年有望突破亿元收入。在复合材料、锂离子电池正极材料以及电子触摸屏领域,石墨烯最有希望率先实现产业化。”
  根据刘荣华对国内石墨烯企业进行的调研了解,目前石墨烯在复合材料中的比较明确的几个应用包括防腐涂料、改性塑料以及石墨烯EPS。
  在防腐涂料领域,据市场预计,2015年我国常规防腐涂料、重防腐涂料产量分别达到300万吨和150万吨左右,防腐涂料总产量达到450万吨左右;到2017年或可达600万吨。按千分之一的石墨烯用量、100万元/吨计算,到2017年其潜在市场规模为60亿元。
  石墨烯改性塑料应用广泛,市场空间大。以PVC材料为例,我国每年PVC塑料产量约为1800万吨,按1%的PVC材料添加5%的石墨烯来测算,单PVC塑料领域对石墨烯的需求就有接近万吨级别。除塑料材料之外,其他高分子材料如橡胶等对石墨烯的需求量也十分巨大。
  石墨烯EPS与普通聚苯板相比,具备两大优点:低导热系数与低密度。石墨烯EPS比普通聚苯板导热率大幅降低了20%,意味着保温层的经济厚度可以降低20%;石墨烯EPS的密度也显著低于普通聚苯板,在同样的保温效果下,意味着原材料的使用量可以大幅降低,更加符合节能环保的标准。
  “石墨烯在锂离子电池中的应用比较多元化,目前已经实现商业化的是用在正极材料中作为导电剂,来改善电极材料的导电性能,提高倍率性和循环寿命。”刘荣华介绍说,石墨烯在锂离子电池市场上的潜在容量为10亿级别。
  刘荣华预计,随着新能源汽车产量的迅猛增长,市场对于导电添加剂的需求也将呈飞速提升态势。预计到2018年,石墨烯导电剂用量将达500吨,其在锂电池导电剂材料中的占比也将逐步提高。以目前导电浆料中的石墨烯来估算,2018年对应的石墨烯导电浆料需求量在1万吨以上。
  “石墨烯也将成为理想的锂离子负极材料。”刘荣华分析,硅作为锂离子负极材料,其理论比容量高达4200毫安时/克,但其在充放电过程中体积变化大,造成循环稳定性较差,而用石墨烯包覆硅材料(石墨烯改性硅基材料)能一定程度上缓冲其巨大的体积变化。
  按单位电池材料使用百分之一石墨烯(实际用量可能会更高)、50万元/吨的价格计算,石墨烯在锂电池领域每年潜在市场规模为16亿元。
  同时,石墨烯薄膜在柔性显示领域开始大展身手。国内已有多家企业实现从柔性屏到多点触控柔性屏的突破。以石墨稀材料技术制作的柔性触摸屏可让不规则或弧形的移动设备实现先进的多点触控功能。乐观估计,2015年石墨烯薄膜潜在市场空间为21.6亿元。
  “石墨烯产业化的关键是发挥石墨烯的材料特性,寻找高性价比应用。关于石墨烯产业化,未来石墨烯产业的发展主要取决于下游应用技术和市场开拓进展;而石墨烯应用的关键在于怎么把石墨烯和现有材料体系融合,更大限度地发挥石墨烯的优异性能,取得较高的性价比。”刘荣华说。根据石墨烯的不同特性、技术难度和应用性价比,他总结了以下发展路径——近期,复合材料+触控产品;中期,能源领域+传感器;长期,半导体器件应用。
  显然,石墨烯产业化大幕拉开在即。可以预见,以石墨烯新材料应用创新推动传统行业升级将是未来几年的主旋律。

  “石墨烯在新型储能材料上具有独特的优势和巨大的潜力,应用前景非常广阔,但应循序渐进、脚踏实地地予以推进,不应急于求成。”在近日召开的石墨烯在新型储能材料中的应用研讨会上,与会专家表示。此次研讨会针对石墨烯在双层超级电容、锂离子电池、储能电极材料等储能领域的技术研究和产业化进展,进行了深入探讨和交流,旨在推动石墨烯在新型储能材料中的应用,破解新材料上下游应用脱节的难题。
  伴随着《中国制造2025》、《关于加快石墨烯产业创新发展的若干意见》等相关政策的出台,石墨烯产业发展备受关注,并呈现出良好的发展态势。但是,产业链尚未打通、产业规模较小等问题也困扰着石墨烯产业发展。对此,工信部赛迪研究院原材料工业研究所所长肖劲松表示,相比于其他国家,我国石墨烯研发主要集中在石墨烯制备及其在锂离子电池电极中的应用,而在制备半导体器件方面的专利相对较少。当前,我国石墨烯发展正处于从实验室走向产业化的关键时期,应打造先导产业,推动石墨烯产业做大做强。
  “通过前期对全国石墨烯产业进行调研发现,石墨烯产业爆发点已初步形成,未来将逐步在各个细分领域分阶段释放。当前,最先实现产业化的领域应是复合材料、锂电池导电添加剂等,市场前景渐入佳境,中期应重点关注石墨烯在柔性显示、传感器、超级电容器、散热材料等领域的应用,而石墨烯在半导体器件及生物医药领域等距离真正规模化应用还较为遥远。”研讨会上,中国非金属矿工业协会石墨专业委员会副秘书长、国内首家石墨烯电商平台——石墨邦的创始人刘荣华对我国石墨烯产业应用现状进行了梳理。
  谈到储能电池技术,中国科学院大学教授、中国化学与物理电源行业协会储能应用分会副秘书长陈永翀表示,基于可回收理念设计的锂浆料电池技术将解决现有储能动力锂电池回收难、寿命短、成本高三大痛点。在高能快充技术方面,我国相关技术研发严重落后于国际水平。而开发低成本、长寿命的新型储能电池和安全快速充电的新型动力电池是实现新能源汽车VEG模式的两大技术关键。
  刘荣华表示,当前石墨烯产业化发展的“最后一公里”尚未打通,科技成果还没有完全转化为实际商品,主要原因是石墨烯制备企业和应用企业缺乏沟通和合作,今后将针对重点应用领域继续举办研讨会,搭建产学研用的交流合作平台,在推动石墨烯材料制备与应用领域的对接方面,发挥桥梁和纽带作用。
  此次研讨会由石墨邦、中国化学和物理电源行业协会储能应用行业分会、中国电子信息产业发展研究院共同发起和主办,北京化工大学、清华大学、天津工业大学、中科院合肥物质科学研究院等高校和科研院所专家学者,以及石墨烯生产企业和储能材料及设备生产企业代表等百余人参加,并得到了工信部原材料司的大力支持。

在众多新型制造材料中,石墨烯备受宠爱。石墨烯可以说是当前世界上最轻薄、最坚硬、导电性最好且拥有强大灵活性的纳米材料,它的强大能力常常令人咋舌。据了解,目前有关部门正在论证石墨烯在高端应用领域获得突破的可行性,以期打通石墨烯上下游产业链,从而促进产业的更好发展。石墨烯是一种二维晶体,人们常见的石墨是由一层层以蜂窝状有序排列的平面碳原子堆叠而形成的,石墨的层间作用力较弱,很容易互相剥离,形成薄薄的石墨片。当把石墨片剥成单层之后,这种只有一个碳原子厚度的单层就是石墨烯。

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近年来,伴随着《中国制造2025》、《关于加快石墨烯产业创新发展的若干意见》等相关政策的出台,石墨烯产业的发展态势愈发受到各界的关注。经过这几年的研发与突破,石墨烯产业发展态势向好,但与此同时,产业链尚未打通、产业规模较小等问题仍然制约着石墨烯产业的整体发展。

事实确实如此,当前国内石墨烯企业推出的产品并不少,但在高端产品领域介入不足,2015年中国石墨烯相关专利申请主体主要是高校及科研机构。与此同时,我国大部分石墨烯制备企业属于中小企业,实力欠缺。数据显示,我国目前将石墨烯作为主营业务的企业约70家,多呈现出小型、初创等特点,介入高端应用领域的企业并不多。

在研讨会上,中国非金属矿工业协会石墨专业委员会副秘书长、国内首家石墨烯电商平台石墨邦创始人刘荣华对我国石墨烯产业应用现状进行了梳理。刘荣华认为,石墨烯产业爆发点已初步形成,未来将逐步在各个细分领域分阶段释放。目前看,最先实现产业化的领域应是复合材料、锂电池导电添加剂等,市场前景渐入佳境,中期应重点关注石墨烯在柔性显示、传感器、超级电容器、散热材料等领域的应用,而石墨烯在半导体器件及生物医药领域等距离真正规模化应用还较为遥远。

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关于石墨烯产业化问题,工业和信息化部赛迪研究院原材料工业研究所所长肖劲松表示,相比其他国家,我国石墨烯研发主要集中在石墨烯制备及其在锂离子电池电极中的应用,而在制备半导体器件方面的专利相对较少。当前,我国石墨烯发展正处于从实验室走向产业化的关键时期,应打造先导产业,推动石墨烯产业做大做强。

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另一方面,从石墨烯在超级电容器领域应用以及专利来看,2004年英国曼彻斯特大学物理学家发现石墨烯的分离制备方法,石墨烯在超级电容器中的应用开始迅速发展,专利年发表数量也随之快速增长。就中国石墨烯超级电容器领域技术的发展来看,经过2009年的迅猛增长,于2012年达到峰值,此后基本保持在每年120项以上,处于快速增长期。

据清华大学化工系教授骞伟中介绍,目前石墨烯的主要制造市场和应用市场均在中国,国内的众多机构在该领域进行了专利布局。从产业技术情报发布的内容来看,我们国家在石墨烯领域的论文和专利的数量还是比较可观的,这些数据充分反映了我们国家的科技活力。

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