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[新能源]石墨烯最新消息

来源:科通社    时间:2017-02-06    浏览:525次

http://www.nanomt.com.cn  2017年2月6日14:30  来源:科通社


   有人说2016年是石墨烯的神话年,爆炸消息频出。别急,他们说的可能没有一个是靠谱的,咱们来一一戳穿这些“忽悠”背后的真相。


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“忽悠一”:华为研制出了让世界颤抖的“石墨烯电池”
   2016年12月,有关华为石墨烯电池的新闻被朋友圈刷屏了。“华为石墨烯电池让世界颤抖!”华为石墨烯电池“再次震惊世界!”等轰动性标题不时出现。
据称,此前在第57届日本电池大会上,华为中央研究院瓦特实验室宣布,在锂离子电池领域实现重大研究突破,推出业界首个高温长寿命石墨烯基锂离子电池。
“真的这么强?高兴太早了!”看到这条消息,中国科学院院士何祚庥就泼来一盆冷水。他告诉北京科技报 |“科学加”客户端记者,关于华为石墨烯电池的说法过于夸张,因为研发出石墨烯电池和电池中采用石墨烯作为原材料完全是两个概念。按照一些科学家们的设想,石墨烯电池应该是利用石墨烯材料打造的全新形态的电池。但是因为技术实现的困难,目前国际上并没有取得太大的进展,暂时还没有看到能够将其商业化生产的动向。


石墨烯最新消息



   北京有色金属研究总院高级工程师、清华大学博士刘冠伟表示,这些年中国并没有从全新体系下研发石墨烯电池,目前主流的设想是利用石墨烯改造现有的锂电子电池(2012年厦门纳诺泰克科技有限公司与韩国三星精密化学合作开发纳米功能材料磷酸铁锂用在锂电池上)。
   而中国科学院物理研究所固态离子学课题组组长黄学杰教授认为,在正极里添加少量石墨烯可以增加正极的电子电导而改善电池的放电倍率特性,但一般添加量不到百分之一,不能说加了一点石墨烯的锂离子电池就变成了石墨烯电池。并且在黄学杰看来,未来几年内不太可能出现真正意义上的石墨烯电池。
   石墨烯的应用还是受限于材料生产,那些依赖于高纯度石墨烯的产品可能还要数十年才能开发出来,真正意义上的石墨烯电池也是如此。
正因为如此,尽管近些年华为掌门人任正非高调宣布进军石墨烯的研发和有关产业化,但是他对石墨烯在电池中应用的说法也比较谨慎,他本人从来就没有说华为搞出了石墨烯电池。记者从华为工作人员口中也了解到,华为内部没有生产出石墨烯电池的消息。现在外界的说法完全是以讹传讹的结果。
   这并不是华为石墨烯电池概念的第一次炒作。2015年11月26日华为Mate8发布会开始前,微博上出现了这样一条预告——华为Mate8将使用石墨烯电池。消息一石激起千层浪,“石墨烯电池已经研发成功,并且已经商用化应用在华为Mate8智能手机上了”在互联网上不胫而走。事后的证明这只是外界典型的炒作,在此后的正式发布会中,华为并未提到直接使用石墨烯材料。
那么这次疯传的“神话”是从何而来的?据了解,华为瓦特实验室这次的石墨烯基锂电子电池很巧妙地利用了石墨烯高导热性能来为他们的锂电池散热(纳诺泰克纳米功能材料ATO导电隔热)。华为方面也明确表示,这种石墨烯基锂离子电池主要用于高温极端的环境。因为锂离子电池在温度过高时会让其容量损失加快,且不可逆。所以石墨烯在这种新型锂离子电池当中担当着最为重要的散热材质。但是,可别把它们就当成石墨烯电池!


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“忽悠二”:石墨烯电池充电8分钟可行驶1000公里
电动汽车发展,电池技术是个很大的瓶颈。目前,电动汽车充一次电大约可跑300公里,但充一次电至少需花2个小时,且这已经是当前极高的效率了。因此,容量大,充电速度快的石墨烯电池的任何消息出来时,自然会引发众多的关注。

石墨烯最新消息


   “想象一下,给智能手机充满电只要几秒,新能源车一次充电时间只需8分钟,可行驶1000公里……这就是石墨烯电池。”2016年,在很多文章以及演讲场合中,时常就可以听到这样的说法。使用石墨烯电池的时代真的到来了?
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”。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纳诺泰克www.nanomt.com.cn
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。
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。
不仅如此,某不愿具名的国内新能源车企技术总监告诉记者,即使有这样的电池出现,但相信几分钟就能将其充满的充电功率会大到没有任何电压设备、电缆线能够承受住。也就是说,在现阶段的技术水平上,这样的充电还是天方夜谭。现阶段,尽管石墨烯用于锂离子电池中作为导电添加剂,能够极大地提升电池的充电速度,但是对于电池本身的容量并没有什么提升。也就是说石墨烯即使真的商用了也只是作用于快充技术上面,并不能提升电池本身的续航能力。


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“忽悠三”:一张保鲜膜厚的石墨烯能撑起一头大象

石墨烯最新消息



   2016年,石墨烯产业界和关石墨烯的科普文章中流传着“一张保鲜膜厚的石墨烯能撑起一头大象”的神话故事。这个故事的最原始版本源自美国哥伦比亚大学机械工程学教授詹姆斯·霍恩(James Hone),他在2008年说:“我们的研究证明,石墨烯是人类所知最坚韧的物质,比结构钢还坚韧200倍左右。如果有一层赛伦保鲜膜那么厚的石墨烯,那么想把它刺穿就需要一头大象平衡地站在一支铅笔上。”
他这里所说的是指狭义的单层石墨烯,但是这种说法是不是靠谱呢?科学界不少人士认为,这其实只是一个噱头,因为这是一个完全没有办法证实的实验。
由环球科学杂志社、外研社科学出版工作室2014年出版的《大象如何站在铅笔上(超乎想象的科学解读)》就对此进行了科学性的分析,该文精选自《科学美国人》专栏《反重力思考》中的文章。认为,我们暂且不说石墨烯薄膜的强度是否能够强大到支撑其一只大象的重量,就是制造出这么一只铅笔也不现实,因为普通的铅笔头不可能承受大象的体重。大象要怎么弄到铅笔上去?这也是一个问题。站上去了,铅笔也会在象身上扎个洞,并整个陷进它的肉里。
瑞典查尔莫斯理工大学教授、欧洲石墨烯旗舰计划参与者孙捷另外表示,现在传说的石墨烯所谓的高强度,是指在相同宏观厚度假设条件下,通过简单数学推算后得出的强度差异。石墨烯的厚度只有0.35纳米,虽然它的强度较高,但也要几千层石墨烯叠加在一起才具有1毫米钢板所能承受的力量。然而,怎么将石墨烯叠加而不丧失它的特性,目前依旧是科学家面临的巨大难题。www.nanomt.com.cn因为石墨烯一旦叠加大约超过10层,就会丧失大多数独有特性,重新变成石墨了!


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“忽悠四”:石墨烯可以制造“太空天梯”



   其实“太空电梯”这个想法已经出现了一个多世纪了,它的基本想法很简单,就是在赤道位置有一根很长的绳子联通到太空中,绳子下端固定在地面上,这样,就会有一种轻松、可循环的一种进入太空的方式了。但是长期以来,进行这种设想的科学家一直为找不到理想的材料而发愁。因为在目前的所有设计中,就算把绳子形状设计得极为合理,可一旦拉长到太空中,由于距离太远,现有的所有纤维,包括钢丝、芳纶、碳纤维就会被自身的重量拉断。
2016年的石墨烯神话年,绝对少不了“太空天梯”也来凑热闹。有人说,也许石墨烯可以成为制造“太空天梯”的理想材料www.nanomt.com.cn
石墨烯独特的结构使石墨烯几乎集合了世界上众多材料的最优质品质。有专家表示,它是迄今为止自然界中最强的二维材料,强度可以达到普通钢材料的数十倍,甚至是数百倍。但是正如前文所说,石墨烯一旦叠加大约超过10层,就会丧失大多数独有特性,重新变成石墨。因此,石墨烯“太空电梯”也只能是神话。


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“忽悠五”:石墨烯将会成为“万能材料”


   作为一种技术含量极高的碳材料,石墨烯在半导体、光伏、锂电池、航天、军工、LED、触控屏等领域都将带来一次材料革命。今年,就有不少文章都提到,石墨烯是“万能材料”。人们希望它能适用于各个领域,也因此催生了“石墨烯+”的概念,如“石墨烯+塑料”、“石墨烯+电池”等。不过,中国科学院半导体研究所研究员谭平恒说,当前科研界和产业界形成了一些共识,即石墨烯并非“万金油”,而是在特定的适用领域才能够更好地发挥它的特性。如果认为我们未来生活的一切领域都需要石墨烯,这也是不现实的。
现在很多企业号称的石墨烯新品,只是打了个石墨烯的概念,或者添加了一些石墨烯的粉末,稍微提高了产品的一些相关性能而已。由于石墨烯扮演的多是添加剂的角色,还很难能称为是石墨烯产品。
而如果商业领域过度夸大这类所谓的石墨烯的神奇之处,可能会导致石墨烯产业变成泡沫。一旦泡沫破裂,也许技术和工业的进展都无法拯救。
科学作者菲利普·巴尔曾经在《卫报》上撰写了一篇《不要期望石墨烯带来奇迹》的文章,他指出所有的材料都有其适用范围:钢坚硬而沉重,木头轻便但易腐,就算看似“万能”的塑料其实也是种种大相径庭的高分子各显神通。石墨烯一定会发挥巨大的作用,但是没有理由认为它能成为奇迹材料、改变整个世界。用诺沃肖洛夫自己的话说,石墨烯的真正潜能只有在全新的应用领域里才能充分展现,其主要应用于那些设计时就充分考虑了这一材料特性的产品,而不是用来替代现有产品里的其他材料。


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“忽悠六”:中国已成世界石墨烯头号研发和产业化强国


   据中国石墨烯产业技术创新战略联盟初步统计,截止到2016年8月底,我国从事石墨烯研发、生产、应用等相关企业数量超过400家,约占全球石墨烯企业数量的四分之三。在技术专利方面,我国更是一支独大,石墨烯专利技术约为全球石墨烯专利技术的三分之一,是世界上石墨烯专利申请最多的国家。也正是因为这样的原因,一些人欢呼,尽管在很多技术领域中国落后于世界发达国家,但是在石墨烯领域中国已经逆袭。
但是,这样的结论可能有一些自欺欺人。
   一个无法忽视的事实是,目前国内进行石墨烯研究的主要是高校院所和少数中小企业,研究力量比较分散,这导致中国石墨烯的很多研究成果并没有走在世界最前沿的位置。更多的是基础研究中的跟随研究和应用研究。
就专利而言,当前在石墨烯领域我国存在的一个典型现象是专利数量庞大,但是普遍质量不高,重视数量轻质量使得专利技术成果的转换大打折扣,也降低了技术应用中可能获利的概率。而且由于基础专利少,因此在国际上并不拥有权威话语权,难以抢占市场制高点。
北京有色金属研究总院高级工程师、清华大学博士刘冠伟表示,在产业化应用方面,尽管当前中国各地都是加速发展,但是绝大多数都是低水平重复发展,有行业人士担心,如此搞法就像一场“大跃进”,不仅无法帮助中国进入石墨烯的产业化强国,反而会导致产业灾难。石墨烯技术还处于非常前沿的阶段,仅产量一项就决定了石墨烯离应用还有较远的距离,但是资本市场或企业常常拿其做噱头炒作,这其实并不利于石墨烯产业的发展。对我国而言,无论是科学家还是企业都应该踏实做好相关基础科研和应用研究(纳米无机功能材料),而不是将其作为噱头反复进行炒作。



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