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石墨烯助推锂离子电池革命

钜大LARGE  |  点击量:1088次  |  2018年09月11日  

电动汽车引领者特斯拉日前宣布,特斯拉可能很快就会推出一次充电即可行驶500英里的电动汽车,因为高性能石墨烯电池的研发取得了不错的进展,而这种电池的输出密度是锂离子电池的4倍。尽管特斯拉实现这种高性能石墨烯电池的量产可能需要数年的时间,但这意味着电动汽车的未来越来越值得期待,而这一令人激动的新进展主要归功于石墨烯的发现。

“国家对石墨烯产业非常重视,今年年内有望出台石墨烯产业综合规划。”9月2日在浙江宁波召开的中国国际石墨烯创新大会上,中国石墨烯产业技术创新战略联盟秘书长李义春表示。规划的出台有望指导和规范我国石墨烯行业的发展。

一场材料领域的革命正在发生

“一场材料领域的‘革命’正在发生。”石墨烯的发现者、诺贝尔奖获得者安德烈·海姆(AndreGeim)5月19日在深圳召开的2014石墨烯高峰论坛上表示,预计三五年之内,石墨烯会有一个令世人惊叹的应用。

从2004年英国曼彻斯特大学教授安德烈·海姆和康斯坦丁·诺沃肖洛夫成功地从石墨中分离出石墨烯,到2010年两人因此获诺贝尔奖,只隔了6年时间。之后,世界范围内对石墨烯的研究、应用和投资快速升温。

作为目前已知的世上最薄、最坚硬、导电性最好而且拥有强大灵活性的纳米材料,石墨烯成为制造灵活显示屏、可穿戴设备以及其他下一代电子设备的理想材料,未来在触摸屏、传感器、蓄电池等领域的应用充满了想像。有报道称,鉴于石墨烯蕴含的无限应用潜力,三星、苹果和谷歌公司开始积累各种与石墨烯有关的专利,未来的竞争之战已在实验室打响。

近年来,石墨烯产业化方向逐渐清晰,各国有关石墨烯产业支持政策力度也进一步加大,石墨烯正一步步从实验室走向市场。

瑞典查尔姆斯理工大学教授JariKinaret是欧洲最大的研发计划之一——欧盟石墨烯旗舰项目总协调人。他介绍说,2013年1月,欧盟委员会决定投资10亿欧元,10年内启动欧盟未来新兴技术石墨烯旗舰项目,旨在把石墨烯和相关层状材料从实验室带入社会,为欧洲诸多产业带来一场革命,促进经济增长,创造就业机会。这一项目汇集了100个研究团队的136名主要研究人员,其中包括4名诺贝尔奖得主。

为推进石墨烯的商业化进程,英国在已有5000万英镑投资的基础上,最近又追加投资2150万英镑,用于资助石墨烯研究项目,并建立国家石墨烯研究所。新加坡国立大学也曾于2012年6月设立石墨稀研究中心微纳米加工实验室,成为亚洲第一个拥有先进设施、用于开发石墨稀研究的实验室。2002年~2013年,美国国家自然科学基金会关于石墨烯的资助累计达到500项。

小小石墨烯,牵动着全世界的神经,其蕴含的能量不容小觑,无怪乎有专家预言:20世纪是硅的世纪,21世纪将是石墨的世纪。

保护性开发石墨资源是当务之急

石墨由于特殊的地质成因和性质,一直是特种与现代工业及高、新、尖技术发展中不可或缺的重要战略资源,同时也是一种宝贵的不可再生资源。

统计资料显示,全世界主要石墨生产国有中、印、巴、加、朝等国家,约占世界总产量的90%以上;美、日、德、英等发达国家是世界石墨主要消费国,石墨需求量约占世界总需求量的80%。全世界已探明石墨矿物储量3.7亿吨,我国就占了1.5亿吨。我国石墨储量及产销量均居世界首位,在国际石墨市场上有着举足轻重的地位。

一个值得对比的现象是,一些发达国家虽有石墨矿藏,但政府因其重要性,限制石墨资源开采,转而从中国等国家低价进口,并作为战略物资予以储备。甚至有报道说,日本在无石墨资源的情况下,从中国大量进口石墨原料,不惜填海进行储备。

相比之下,我国的石墨资源一直未得到应有的重视,乱采滥挖导致环境污染和资源破坏现象严重;同时,在资源管理和市场准入等方面缺乏应有的措施。

中国工程院院士周玉认为,由于我国并不掌握石墨深加工核心技术,而先进石墨加工技术被美、日、欧盟等少数国家垄断,导致我国石墨资源“低出高进”,外国“以购代采”的状态长期存在。与此同时,更多的乱象也发生在销售领域,由于大多为原料销售,市场秩序混乱,相互竞价成为常态,致使资源低价流失海外。

目前,主要的石墨产品国内出厂价格为人民币2000元/吨~3000元/吨,而德国、加拿大等国同等产品的价格在1万元/吨~1.5万元/吨。巨大的价格差是我国石墨资源不断流向国外的原因。

“统筹规划石墨产业,保护性开发石墨资源是当务之急。”黑龙江省石墨行业协会会长韩玉凤说,政府部门应对国内石墨产业链上下游的产能合理规划,加大对资源掌控力度,提高全行业利润和竞争力,建立合理的石墨价格管控机制,避免恶性炒作和价格战。

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