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“烯王”遭质疑 石墨烯工业化使用为什么如此困难?

导读: 7月9日,东旭光电公司宣称,推出了世界首款石墨烯基锂离子电池产品——“烯王”。东旭光电方面称,通过测试,“烯王”充电用时15分钟,其充电效率是普通充电产品的24倍,可在-30℃—80℃环境下工作,循环寿命高达3500次左右。

  今年7月,正如高温的天气,中国资本市场石墨烯板块也被一股突如其来的热浪侵袭。这始于上市公司东旭光电推出的石墨烯基锂电池。一起来看~

  “烯王”遭质疑 石墨烯工业化使用为什么如此困难?

  7月9日,东旭光电公司宣称,推出了世界首款石墨烯基锂离子电池产品——“烯王”。东旭光电方面称,通过测试,“烯王”充电用时15分钟,其充电效率是普通充电产品的24倍,可在-30℃—80℃环境下工作,循环寿命高达3500次左右。

  “‘烯王’的落地开启了石墨烯在能源领域的应用时代。”东旭光电投资负责人、上海碳源汇谷董事长王忠辉表示:“该石墨烯技术是石墨烯在锂电池应用史上的一次革命性突破,是石墨烯业界翘首以盼的真正的杀手级应用。”

  消息一出,很快资本市场的一些“猎手们”声称,“烯王”的问世标志着中国诞生了真正意义上的石墨烯电池,代表着我国在石墨烯技术上已领先于世界别国,将带来整个电池产业的变革。

  关于石墨烯电池,“给智能手机充满电只要几秒钟,新能源车一次充电8分钟,可行驶1000公里……”近些年,在很多文章以及演讲场合中,人们时常可以听到这样的说法。

  在全世界范围内,这些年新能源汽车发展迅速,但目前,好的电动汽车充一次电至少需花2个小时,大约可跑300公里,而这已经是极高的效率了,更多的电动汽车充一次电则需要花3-4个小时甚至是更多的时间。石墨烯电池概念的出现,让很多人看到了希望。因此有关石墨烯电池的任何风吹草动,都会在市场上引起很大的风浪。“烯王”落地,东旭光电的股价立刻就开启暴涨模式,一周涨幅曾达40%。数据显示,东旭光电在近20日的股价涨达60%左右。

  “烯王”遭质疑 石墨烯工业化使用为什么如此困难?

  1、目前制备石墨烯极其困难是学界共识

  在回答这个问题之前,我们先来看看究竟什么是石墨烯。2004年,英国曼彻斯特大学的安德烈?盖姆和康斯坦丁?诺沃肖洛夫从石墨薄片中剥离出了石墨烯,他们二人因此荣获2010年诺贝尔物理学奖。这里的石墨烯,是由单层碳原子层构成的蜂窝状晶格二维原子晶体,理论厚度仅为0.34纳米,其具有优异的电学、热传导、阻隔性等材料性能,因此其在电池领域的应用被很多人看好,称之为“材料之王”。

  “烯王”遭质疑 石墨烯工业化使用为什么如此困难?

  但实际上,学术界一直对石墨烯有个共同的看法,即目前制造石墨烯的成本过高并且技术方面并不完善,若要实现工业化应用现在还存在很大的困难。

  比如要想获得电学和机械性能都最佳的石墨烯样品,依然需要依靠最费时费力费钱的手段——机械剥离法,即用胶带粘到石墨上,手工把石墨烯离析出来。2004年诺沃肖洛夫他们就是这么制备出石墨烯的。尽管所需的设备和技术含量看起来都很低,但问题是成功率更低,弄点儿样品做研究还可以,要是进行工业化生产,这样的手段毫无用途,就是掌握了全世界的石墨矿也没有任何商业价值。

  2、号称能量产的多为石墨微片或畸形圆环,并非真正的石墨烯

  经过这些年的努力,尽管科学家们找到了一些能够增加产量、又能够降低成本的石墨烯制造方法,但是迄今为止还没有真的能适合工业化低成本大规模推广生产的技术。一些厂家宣称可以量产百吨级别的石墨烯,其实量产出来的根本就不是真正的石墨烯物质。得到的除了单层的石墨烯,还有两层的、三层的甚至更多层数的石墨微片。

  在另外一个方面,就是用一些新的生产方法得到大量的单层的石墨烯,虽然一片石墨烯的中央部分是完美的六元环,但在边缘部分往往会被打乱,成为五元环或七元环。如果制成石墨烯产品,这些畸形环不但分布在边缘,还存在于每“一片”在做出来的石墨烯内部,成为结构弱点、容易断裂。

  中国科学院院士、中国科学院物理研究所研究员高鸿钧说,在实际应用中,只有没有任何缺陷的石墨烯才具备强大特性。否则,整个石墨烯产品的强度要被大幅削弱。而事实上,也正是这样的障碍,真正意义上的石墨烯电池大规模商业化生产目前为时尚早。

  北京有色金属研究总院高级工程师、清华大学博士刘冠伟在接受北京科技报采访时表示,即便是现在有企业宣称有新的石墨烯产品问世了,石墨烯在这种产品中也多是扮演添加剂的角色,其在电池领域也不例外。

  上海交通大学微纳科学与技术研究院研究员、博士生导师魏良明主要从事新一代高性能锂离子电池/超级电容器以及传感器的研究,他说,现在石墨烯作为单一的产品还未有应用突破,在东旭光电宣称的世界首款石墨烯基锂离子电池产品中,石墨烯在其中仅仅是导电或者是电极嵌锂的复合材料。

  “烯王”遭质疑 石墨烯工业化使用为什么如此困难?

  电子显微镜观测下的石墨烯单层碳原子结构

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