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天生“神器”石墨烯产业化 “烯”望与挑战并存

2016-02-18 10:33
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  石墨烯,这个能源科技界的新星,又传来好消息。国家发展改革委、工信部等部委日前联合发布《关于加快石墨烯产业创新发展的若干意见》(以下简称“《意见》”)。《意见》提出,到2018年我国将基本建立石墨烯材料制备、应用开发等关键环节良性互动的产业体系,基本完善产品标准和技术规范;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,在多领域实现规模化应用。

  对此,有分析指出,由于性能优越,石墨烯可替代晶体硅而被应用在新能源等高科技领域,在储能器件、导热材料中的的应用更是被寄予厚望。未来,石墨烯在锂离子电池、超级电容器、太阳能电池等领域的应用将日渐普及。

  天生的储能“神器”

  石墨烯强大的性能众所周知,但过去一直以假设性结构存在于学者的论文中。

  直到2004年,英国两位科学家通过实验获得了石墨烯,才将该万能材料带入现实世界,二人因此获得了诺贝尔物理学奖。

  由于诺贝尔奖的光环,石墨烯从问世开始就获得极大关注,更被赋予厚望。就连华为掌门人任正非也曾表示,未来10~20年将迎来石墨烯颠覆硅的时代。

  大佬们口中的“神器”究竟是何方神圣呢?据了解,石墨烯是从石墨材料中剥离出来、由碳原子组成的只有一层原子厚度的二维晶体,是目前发现的最薄、导电导热性能最强的材料。也正因为如此,石墨烯及其复合功能材料在能源、环境保护等领域显示出广阔的应用前景,并迅速成为人们研究的热点。记者进一步了解到,在能源领域,石墨烯及其复合材料的应用主要聚焦于锂离子电池、超级电容器、太阳能电池、储氢/甲烷等方面。

  西班牙公司Graphenano早前声称研究出首例石墨烯聚合材料电池,充电10分钟将跑1000公里,石墨烯作为超级电池原料的神奇功能第一次进入大众视野。

  “石墨烯由于其极高的导电率、特殊的层状结构和超大的比表面积等特点,在储能领域中具有非常大的应用潜能。较传统的锂电池来说,其具有更优异的性能,尤其表现出更好的充放电寿命和倍率性 能。”烯碳新材高级技术研究员周晓航这样评价石墨烯在锂离子电池中的应用。

  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,其循环寿命长、功率密度高、安全系数高,在混合电动汽车中的应用被业界看好。就在去年12月18日,我国学者发表在《科学》杂志上的一篇论文显示,我国已研制出一种石墨烯复合材料———氮掺杂有序介孔石墨烯,用作高性能超级电容器电极材料。由于极佳的电化学储能特性,该材料可使得汽车只需充电7秒钟,续航就能达到35公里。

  对此,天津工业大学教授时志强表示:“石墨烯有很高的导电性和较大的表面积,制作超级电容可以提高容量和比能量,弥补超级电容器低能量密度的缺点。”石墨烯的神奇功能远不止此,石墨烯太阳能电池还被看作是未来获得廉价且耐用太阳能电池的最佳途径之一,在储氢/甲烷、污染治理等方面的应用同样可圈可点。

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