日前，當(dāng)華為中央研究院瓦特實驗室于第57屆日本電池大會上宣布“推出業(yè)界首個高溫長壽命石墨烯基鋰離子電池”時，國內(nèi)一片沸騰。盡管后來表明，此“石墨烯基電池”非“石墨烯電池”，但這體現(xiàn)了人們對石墨烯進(jìn)入工業(yè)化生產(chǎn)領(lǐng)域的深切期待。
在《中國制造2025》中選擇的10大重點突破技術(shù)和戰(zhàn)略產(chǎn)業(yè)中，石墨烯材料是前沿新材料領(lǐng)域的四大重點之一。在新一輪搶占產(chǎn)業(yè)制高點的競爭中，陜西省在省級的科技計劃中對開發(fā)石墨烯做了相當(dāng)全面的戰(zhàn)略研究部署，希望凝集各方力量早日推動這項新興技術(shù)產(chǎn)業(yè)化。
A “新材料之王”應(yīng)用空間巨大
“有一種物質(zhì)，如同愛麗絲仙境一般神奇，那就是石墨烯。”2004年英國曼徹斯特大學(xué)首次成功從石墨中分離出石墨烯，6年之后他們因此獲得了諾貝爾物理學(xué)獎。
隨著研究的深入，人們越來越體會到它所謂的“神奇”。這是目前世上已知的最薄卻最堅硬的納米材料，具備極好的透光性、導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性和超大比表面積，在電子、航天、軍工、生物、新能源、半導(dǎo)體等領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用潛力，被稱作“后硅時代”可能改變世界的“神奇材料”。
因為自身具有的優(yōu)異性能，石墨烯將帶來廣闊的市場前景和巨大的經(jīng)濟(jì)效益。目前，純石墨烯的市場價格為每克千元以上。以鋰電行業(yè)為例，若石墨烯作為負(fù)極材料應(yīng)用在十分之一的鋰離子電池中，其需求量在2500噸以上。2010年全球超級電容市場規(guī)模達(dá)50億美元，并保持著20%的增長率。隨著未來超級電容器的放量，石墨烯的應(yīng)用空間巨大。
中國科學(xué)院預(yù)計，到2024年前后，石墨烯器件可望替代CMOS（互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體）器件，其應(yīng)用領(lǐng)域可擴(kuò)展到包括納電子器件、光電化學(xué)電池、超輕型飛機(jī)材料、觸屏材料等方面，將為石墨烯的應(yīng)用提供更廣闊的市場。
目前，英國、美國、日本、韓國、歐盟等都在投入巨資加快石墨烯的技術(shù)研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化。我國已將石墨烯列為戰(zhàn)略前沿材料之一，并列入“十三五”規(guī)劃。目前，國內(nèi)已有多個石墨烯產(chǎn)業(yè)化基地建成。我國在石墨烯領(lǐng)域的產(chǎn)業(yè)化已經(jīng)走在了世界前列。
B 專家建議：應(yīng)盡快產(chǎn)業(yè)化，占據(jù)產(chǎn)業(yè)鏈前端
2016年11月8日，在陜西省政府新聞辦舉行的新聞發(fā)布會上，省國土資源廳廳長王衛(wèi)華宣布：“在陜南地區(qū)的丹鳳北部和勉縣——城固北部取得重大突破，兩個勘查區(qū)的晶質(zhì)石墨片徑大、品位高、易選冶，已獲得石墨資源量400萬噸，遠(yuǎn)景可達(dá)1300萬噸，將為陜西發(fā)展石墨烯新材料產(chǎn)業(yè)提供充足優(yōu)質(zhì)的資源保障。”
西北大學(xué)石墨烯制備技術(shù)與產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用課題組負(fù)責(zé)人王惠說：“陜西省相關(guān)研究起步早，與世界先進(jìn)水平同步，擁有大量優(yōu)質(zhì)天然石墨資源，具備發(fā)展石墨烯產(chǎn)業(yè)的良好基礎(chǔ)。”
自2004年開始，王惠就開始跟蹤和了解石墨烯。2007年，由西北大學(xué)物理學(xué)院院長白晉濤組織牽頭的“西北大學(xué)石墨烯制備技術(shù)與產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用課題組”正式成立。這9年來，西北大學(xué)積累了石墨烯及其鋰電復(fù)合電極材料的多種制備技術(shù)與產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用研究經(jīng)驗和成果：他們自主研發(fā)的銀粉材料，達(dá)到世界先進(jìn)水平；通過“化學(xué)氧化-還原法”，以天然石墨為原料，實現(xiàn)了高性能石墨烯批量制備；課題組還完成了產(chǎn)量500公斤的石墨烯改性石墨鋰電負(fù)極材料的工業(yè)化放大試驗，產(chǎn)品性能達(dá)到了國標(biāo)高性能石墨負(fù)極材料指標(biāo)。同時，實驗室制備出多種超過1000mAh/g石墨烯鋰電池負(fù)極材料，與國際研究同步。
2016年以來，省科技廳先后組織省內(nèi)優(yōu)勢科研單位成立了石墨烯產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟和陜西省石墨烯聯(lián)合實驗室。截至目前，石墨烯聯(lián)盟成員單位共申請國際和國內(nèi)發(fā)明專利20多項。
王惠建議，當(dāng)前，將實驗室技術(shù)盡快轉(zhuǎn)化為商業(yè)可用的產(chǎn)品，占據(jù)產(chǎn)業(yè)鏈前端，是陜西省亟須解決的問題。“課題組正在積極搭建平臺，推動克容量接近或大于500mAh/g的石墨烯鋰電池負(fù)極材料在陜西省盡快產(chǎn)業(yè)化。”
C 產(chǎn)業(yè)發(fā)展需更多支持
石墨烯的市場化困難重重。白晉濤表示，這個“困境”主要在兩個方面：一是受制于制備過程中的高成本和低質(zhì)量；另一方面，產(chǎn)業(yè)鏈下游的應(yīng)用領(lǐng)域還未實現(xiàn)突破，尚未產(chǎn)生規(guī)模化需求。“石墨烯下游產(chǎn)業(yè)大都是中小企業(yè)，一臺透射電子顯微鏡的價格就在600萬元左右，他們心有余而力不足。而且，石墨烯產(chǎn)業(yè)的長遠(yuǎn)發(fā)展需要大量的納米材料領(lǐng)域高科技人才。這些都是需要考慮到的問題。”
省工信廳黨組成員、總工程師蘭建文強(qiáng)調(diào)，要以企業(yè)為主體，鼓勵和引導(dǎo)社會資本進(jìn)入石墨烯產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域。他建議，要充分發(fā)揮企業(yè)在市場經(jīng)濟(jì)中的主體作用，以產(chǎn)學(xué)研用一體化合作為基礎(chǔ)，形成政府、教學(xué)科研機(jī)構(gòu)和應(yīng)用企業(yè)協(xié)同創(chuàng)新的政產(chǎn)學(xué)研用合作對接機(jī)制。并通過新材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展基金支持石墨烯產(chǎn)業(yè)發(fā)展。
“盡管國內(nèi)關(guān)于石墨烯的成果轉(zhuǎn)移轉(zhuǎn)化已有一定規(guī)模，但依舊處于初級階段，為陜西省石墨烯研發(fā)和建立相關(guān)企業(yè)生產(chǎn)提供了機(jī)遇。”王惠認(rèn)為，核心技術(shù)攻關(guān)依然是重中之重，政府應(yīng)主導(dǎo)設(shè)立具有國內(nèi)先進(jìn)水平的省級石墨烯技術(shù)重點實驗室或工程中心，開展石墨烯應(yīng)用技術(shù)研究、突破共性關(guān)鍵技術(shù)，組建更高水平的專業(yè)研究團(tuán)隊，主動與國外石墨烯優(yōu)秀研發(fā)團(tuán)隊開展合作交流，進(jìn)一步提高研究水平。
石墨烯技術(shù)產(chǎn)業(yè)的“落地開花”，還需要更多“呵護(hù)”。（據(jù)陜西日報）
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