中國儲能網(wǎng)訊：知情人士向筆者透露，隨著石墨烯技術(shù)與應(yīng)用的推進(jìn)，在此前863項目扶持的基礎(chǔ)上，相關(guān)部門正在考慮對石墨烯材料和應(yīng)用加碼扶持，其中工信部等相關(guān)部門正在考慮統(tǒng)籌研究石墨烯材料，而石墨烯材料也有望進(jìn)入新材料“十三五”規(guī)劃。
此前在編制新材料產(chǎn)業(yè)“十二五”發(fā)展規(guī)劃時，石墨烯產(chǎn)業(yè)應(yīng)用前景并不明朗，因此沒有把石墨烯作為重點。隨著技術(shù)的推進(jìn)，業(yè)內(nèi)已經(jīng)達(dá)成初步共識，石墨烯材料與產(chǎn)業(yè)化革命已經(jīng)處于突破的前夜。
北京碳世紀(jì)科技有限公司相關(guān)人士對筆者表示，不能對石墨烯新材料產(chǎn)業(yè)化的進(jìn)程過于“苛刻”?！笆┑墓I(yè)化生產(chǎn)手段雖然已經(jīng)找到，但還在進(jìn)行工業(yè)化生產(chǎn)的前期準(zhǔn)備，并未實現(xiàn)真正意義上產(chǎn)業(yè)化、工業(yè)規(guī)?；a(chǎn)。石墨烯的產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程仍面臨較長周期?！?
在產(chǎn)業(yè)化方面，碳世紀(jì)公司相關(guān)專家認(rèn)為超級電容器和柔性透明電極材料將是石墨烯應(yīng)用較快的兩大領(lǐng)域。而隨著工信部、科技部等部委相關(guān)扶持政策的落地，石墨烯產(chǎn)業(yè)化的腳步也有望提速。
鋰電池迎來“碳”時代：石墨烯效力驚人
沒有震耳欲聾機(jī)器沖壓鋼板的聲音，也沒有火花四濺的汽車焊裝線，與常見的汽車裝配工廠完全不同，在德國一家知名汽車企業(yè)在萊比錫的電動汽車制造工廠，記者見到的是另一番景象。
這里生產(chǎn)的電動汽車，采用鋁合金做底盤、碳纖維做車身、塑料注塑件做蒙皮，沒有傳統(tǒng)的電焊工藝，車身是用特制的膠水粘起來的。這是一個沒有沖壓車間和焊接車間，完全采用新材料、新技術(shù)、新工藝生產(chǎn)新能源汽車的工廠。沒有噪聲的車間作為這家德國豪華車企的第一款純電動汽車，其裝配了一組22千瓦時的鋰離子電池和一臺電動機(jī)，最大功率170馬力，峰值扭矩250牛米。其最高車速可達(dá)150公里/小時，續(xù)航里程在150公里左右。這款電動車使用家用220V電源充電，8小時可充滿。而利用專用充電裝置下充電只需1個小時。與一些電動車采取與傳統(tǒng)能源車相同的制造工藝不同，這款車采用了大量新材料，其中最具看點的是用碳纖維材料制作的車身——其重量僅為鐵的四分之一，強(qiáng)度卻是鐵的10倍。通常情況下，車身自重約消耗70％的燃油，因此降低汽車油耗的首要問題就是減輕汽車自重。日本的碳纖維制造協(xié)會曾經(jīng)做過一個關(guān)于碳纖維生命周期的測試，采用碳纖維加固的汽車因減輕了自身重量，不僅燃料應(yīng)用效率極大提高，而且間接地降低二氧化碳排放。同時，還能提升電池的續(xù)航能力并降低電力消耗。這種碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料，由該汽車公司和德國西格里公司聯(lián)合開發(fā)，以基于聚丙烯腈的熱塑性紡織纖維為原材料，在一定的壓力和溫度下，轉(zhuǎn)化成極為細(xì)長的碳纖維絲線，最后再經(jīng)過相應(yīng)的氧化和碳化處理，形成碳纖維車身材料。
記者在萊比錫工廠車間里看到，車身的各個碳纖維部件單獨(dú)成型后，再用特制的膠水粘貼起來。機(jī)器人在嫻熟地涂抹膠水、自動更換涂膠水的海綿頭——沒有噪音、沒有火花。裝配車身使用的膠水也是特制的，可以快速硬化，僅僅用幾秒鐘就可以把兩個部件牢牢地粘合在一起。而這種膠水的配方至今還是機(jī)密。采用碳纖維車身和塑料蒙皮的這款純電動車安全性如何？萊比錫工廠方面介紹說，經(jīng)過測試，其安全性能絲毫不遜色于傳統(tǒng)能源汽車，而且在行人保護(hù)方面更有意想不到的效果。未來豪華電動車的標(biāo)配據(jù)日本東麗經(jīng)營研究所統(tǒng)計數(shù)據(jù)，碳纖維的全球市場需求在2011年約為4萬噸，其中用于汽車的碳纖維為2000噸左右。而這一數(shù)字自2015年左右起將不斷擴(kuò)大，到2020年將達(dá)到數(shù)萬噸。德國西格里公司是世界上最大的碳和石墨產(chǎn)品生產(chǎn)商，在汽車零部件供應(yīng)領(lǐng)域具有重要的戰(zhàn)略地位，該公司在美國西雅圖擁有一家生產(chǎn)碳化纖維的合資公司。
2011年11月，寶馬汽車宣布購入西格里15.16%的股份，在之后不到一個月的時間內(nèi)，寶馬又再度增持西格里15.7%的股份。2012年，寶馬宣布聯(lián)手美國波音航空公司共同開發(fā)碳纖維技術(shù)，分別用于各自的汽車和航空制造行業(yè)。2013年，美國《商業(yè)周刊》報道稱，寶馬在美國華盛頓州再度投資1億美元用于生產(chǎn)該公司電動車的碳纖維材料。在亞洲，日本東麗、豐田和東京大學(xué)等已經(jīng)在聯(lián)手開發(fā)全面采用重量輕、強(qiáng)度高的碳纖維汽車，推進(jìn)加工技術(shù)等的研究。預(yù)計最早到2020年，重量減輕6成、安全性更高的新能源汽車將全面投入實際應(yīng)用。據(jù)《日本經(jīng)濟(jì)新聞》報道，向波音787客機(jī)提供碳纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料的日本東麗集團(tuán)，于2012年斥資近700億日元，收購了世界碳纖維排名第三的美國卓爾泰克公司，東麗藉此一躍成為全球最大的碳纖維供應(yīng)商，將產(chǎn)品的全球份額提高到30%。目前，碳纖維的最大缺點是價格相對昂貴，是鋼鐵價格的數(shù)倍到數(shù)十倍，因此普及率低。東麗并購卓爾泰克，旨在開拓廉價碳纖維領(lǐng)域。在東麗的帶領(lǐng)下，全球第二大碳纖維廠商日本帝人和第四大廠商日本三菱麗陽，也已經(jīng)開始擴(kuò)大產(chǎn)能。業(yè)內(nèi)人士分析指出，碳纖維復(fù)合材料在汽車中應(yīng)用的前景可期，特別是在豪華車和超豪華車的細(xì)分市場。碳系，“后摩爾時代”的接班者碳纖維只是碳系家族的一個成員，石墨烯也是碳系家族的一員。將石墨烯運(yùn)用于鋰離子電池，充滿一次手機(jī)電池大概只需要5秒鐘；特斯拉純電動汽車，充一次電只需5分鐘左右。而由石墨烯片層卷曲形成的碳納米管，也是制造電動車電池的新材料之一。斯坦福的研究人員便成功實現(xiàn)了這一點，他們設(shè)計出新的納米結(jié)構(gòu)，可以極大地增加可充電的次數(shù)，足以滿足很多商業(yè)應(yīng)用。而沃爾沃汽車已成功研發(fā)出采用新蓄電材料的原型車。這種蓄電材料是由多層的碳纖維以及樹脂聚合物構(gòu)成，每一夾層中又有納米結(jié)構(gòu)的電池以及電容。用超級電容器板替代發(fā)動機(jī)蓋和扭力桿的組合，沃爾沃的工程師就能夠替換掉為車載電子供電的12伏電池，同時把重量減半。
碳的概念有多少吸引力？去年發(fā)生在英國的一種現(xiàn)象或許可以佐證。當(dāng)時，英國金融監(jiān)管機(jī)構(gòu)曾發(fā)布警告稱，“可疑”的公司盯上了消費(fèi)者，向他們兜售投資石墨烯的機(jī)會。在這一現(xiàn)象的背后，是石墨烯吸引了市場的炒作。事實上，石墨烯自被發(fā)現(xiàn)以來，迅速成為全球各國政府、科研機(jī)構(gòu)和跨國企業(yè)竟相投入巨資開發(fā)的超級材料。歐盟委員會將石墨烯列為僅有的兩個“未來新興技術(shù)旗艦項目”之一，提供10億歐元用于資助石墨烯材料研究。
中國在《新材料產(chǎn)業(yè)“十二五”發(fā)展規(guī)劃》中明確提出積極開發(fā)石墨烯材料。海外媒體觀察指出，各國對于碳材料的關(guān)注立足點各不相同。美國致力于碳納米管的研究，而歐洲專注于石墨稀的實用化，中國則在碳納米管和石墨稀兩方面推進(jìn)研發(fā)和實用化。在碳材料的納米技術(shù)方面，中國處于全球領(lǐng)先地位。有調(diào)查表明，擁有石墨稀相關(guān)專利數(shù)量最多的是中國，其次是美國和韓國。碳系的黃金時代已經(jīng)到來，上個世紀(jì)，戈登·摩爾大膽預(yù)言了硅的盛行，如今硅材料漸漸顯示出短板，碳開始成為“后摩爾時代”的接班者之一，成為各方資本和產(chǎn)業(yè)巨頭追逐的對象。而未來的汽車，將可能不再是鋼鐵造了。
各方發(fā)力石墨烯革命正在發(fā)生
石墨烯，這個在人們眼中比較生僻的名詞最近因為一條新聞“走紅”。新聞報道稱，鑒于石墨烯所蘊(yùn)含的無限應(yīng)用潛力，三星、蘋果和谷歌公司開始積累各種與石墨烯有關(guān)的專利，未來的競爭之戰(zhàn)已在實驗室打響。
三大巨頭公司的未雨綢繆不無道理。作為目前已知的世上最薄、最堅硬、導(dǎo)電性最好而且擁有強(qiáng)大靈活性的納米材料，石墨烯成為制造靈活顯示屏、可穿戴設(shè)備以及其它下一代電子設(shè)備的理想材料，未來在觸摸屏、傳感器、蓄電池等領(lǐng)域的應(yīng)用充滿了想象。
比如，通過它制造出可彎曲的智能手表、可折疊成智能手機(jī)的平板電腦、15分鐘便充好電且續(xù)航能力達(dá)500公里的電動車蓄電池，等等。
“一場材料領(lǐng)域的‘革命’正在發(fā)生?！弊蛱焐衔?，石墨烯的發(fā)現(xiàn)者和諾貝爾獎獲得者AndreGeim教授在深圳向記者表示，預(yù)計三五年之內(nèi)，石墨烯會有一個驚奇的應(yīng)用。
“石墨烯時代”離我們還有多遠(yuǎn)？石墨烯對目前的產(chǎn)品有哪些顛覆性的改變？石墨烯與深圳的產(chǎn)業(yè)關(guān)聯(lián)度如何？深圳對它的研究和產(chǎn)業(yè)化現(xiàn)狀如何？在“2014石墨烯高峰論壇”上，記者就此進(jìn)行了采訪。
應(yīng)用空間無限大
三星蘋果谷歌已著手“儲備”專利
AndreGeim教授在論壇上介紹，石墨烯是最薄、比表面積最大、最強(qiáng)、最硬、熱導(dǎo)率最高、室溫下平均自由程最長、載流子遷移率最高的二維納米材料，具有獨(dú)特的隧道效應(yīng)、光學(xué)性質(zhì)、滲透性質(zhì)等特性。石墨烯材料可以廣泛應(yīng)用于鋰離子電池、超級電容器、太陽能電池、生物質(zhì)材料、傳感器、超高頻電子及光電子設(shè)備、藥物載體，同時可以用作觸摸屏、保護(hù)膜、選擇性過濾滲透膜等。
媒體日前發(fā)表報道稱，石墨烯因為其本身的特質(zhì)，很可能成為未來的神奇材料，并在硬件設(shè)計和制造業(yè)中引起新一輪革命。由于它可以讓設(shè)備變得更薄更柔軟，彭博社認(rèn)為它可能成為蘋果和三星的下一個戰(zhàn)場。
目前蘋果、三星和谷歌貌似已經(jīng)在競爭收購，欲將這種材料用于移動和可穿戴設(shè)備中的相關(guān)知識產(chǎn)權(quán)都收入囊中。據(jù)預(yù)測，到2016年全球移動設(shè)備銷量將高達(dá)8470億美元，未來五年可穿戴設(shè)備的銷量將高達(dá)190億美元。掌握了石墨烯的開發(fā)技術(shù)就成為公司未來在電子設(shè)備市場發(fā)展的關(guān)鍵。
對未來電動汽車的運(yùn)用或產(chǎn)生革命性影響
清華大學(xué)深圳研究生院近年來在石墨烯的基礎(chǔ)研究和產(chǎn)業(yè)化發(fā)展探索方面做出了較大突破。該院院長康飛宇教授向記者介紹，他的研究團(tuán)隊主攻石墨烯在鎳鋅電池體系的應(yīng)用，主要瞄準(zhǔn)動力電池和新能源儲能電池兩個方面。目前實驗已經(jīng)取得很好的結(jié)果，正準(zhǔn)備申請美國、中國的專利技術(shù)。
“我們要研究一種‘綠色電池’，用來取代現(xiàn)在的鉛酸蓄電池?！笨碉w宇說，傳統(tǒng)的鉛酸蓄電池具有污染、壽命短等缺點，新型鎳鋅電池的特點是便宜、耐用、安全、容量高，而且充電時間可以大大縮短，這對未來電動汽車的普及將是革命性的影響，因為15分鐘完成充電、續(xù)航500公里不是不可能的事，完全可以解決目前電動車推廣中遇到的電池這一核心難題。
產(chǎn)業(yè)化還在路上
歐盟投資10億歐元啟動石墨烯旗艦項目
出席論壇的瑞典查爾姆斯理工大學(xué)教授JariKinaret是歐盟石墨烯旗艦項目總協(xié)調(diào)人。他介紹說，2013年，歐委會通過決定，投資10億歐元、期限10年，啟動了歐盟未來新興技術(shù)(FET)石墨烯旗艦項目，旨在把石墨烯和相關(guān)層狀材料從實驗室?guī)肷鐣?，為歐洲諸多產(chǎn)業(yè)帶來一場革命，促進(jìn)經(jīng)濟(jì)增長，創(chuàng)造就業(yè)機(jī)會。石墨烯旗艦項目由瑞典查爾姆斯理工大學(xué)牽頭、歐盟15個成員國的100多個研發(fā)團(tuán)隊組成，其中包括4名諾貝爾獎得主。
兩三年內(nèi)價格將從“黃金價”降到“白菜價”
對于石墨烯的產(chǎn)業(yè)化，康飛宇教授認(rèn)為“還在路上”。近期來講，要重點解決低成本和規(guī)?；a(chǎn)這兩大問題。
康飛宇說，低成本預(yù)計明年便可實現(xiàn)。石墨烯目前的價格貴過黃金，最便宜的也要500元/克，但一年之后，就可以降到50元/克，再過兩年，可能就降到1～5元/克的“白菜價”。在工業(yè)化方面，目前通過天然石墨剝層等技術(shù)，石墨烯的生產(chǎn)已經(jīng)接近量產(chǎn)的水平，未來兩三年內(nèi)，便可大規(guī)模應(yīng)用在電池、導(dǎo)電、導(dǎo)熱等材料領(lǐng)域，替代現(xiàn)有的材料。
他表示，實驗室關(guān)于這些方面的應(yīng)用已經(jīng)做得很好，正往規(guī)?；瘧?yīng)用發(fā)展。從遠(yuǎn)期來講，在觸摸屏、傳感器等器械上的大規(guī)模應(yīng)用還需要三到五年時間，目前這方面的研究仍停留在實驗室階段。
研發(fā)熱潮已顯現(xiàn)
中國國內(nèi)專利申請數(shù)量占全球一半以上
康飛宇教授說，2004年，AndreGeim教授和他的學(xué)生發(fā)現(xiàn)石墨烯，到2010年兩人因此獲得諾貝爾獎，只有6年時間。之后，世界范圍內(nèi)對它的研究、應(yīng)用、投資快速升溫。
歐盟石墨烯旗艦項目總協(xié)調(diào)人JariKinaret教授用“熱火朝天”來形容目前中國人對石墨烯的研發(fā)。據(jù)他了解，世界各國對于專利申請的門檻不一，但單從數(shù)量上講，中國大陸申請石墨烯技術(shù)的專利占到了全球的50%以上。
深圳不妨冷靜做好戰(zhàn)略布局
石墨烯是新興的新材料產(chǎn)業(yè)中重要成員之一，在我市近年來蓬勃發(fā)展的新能源、電子信息、生物材料、導(dǎo)熱材料以及復(fù)合材料領(lǐng)域都具有廣闊的應(yīng)用空間。石墨烯與我市現(xiàn)有產(chǎn)業(yè)具有良好的契合度，為相關(guān)企業(yè)的升級換代和產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)升級提供了契機(jī)。
康飛宇和他的團(tuán)隊曾對深圳的石墨烯市場做過調(diào)研。調(diào)研顯示，目前深圳有十來家中小企業(yè)正在從事石墨烯的生產(chǎn)應(yīng)用，研究機(jī)構(gòu)大概十家。但相比于國內(nèi)無錫和常州等在石墨烯的開發(fā)和應(yīng)用走在前列的幾個城市，我市的石墨烯產(chǎn)業(yè)基本都處于研究階段，沒有形成規(guī)模化，產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程較慢。
康飛宇認(rèn)為，這與我市眾多企業(yè)和機(jī)構(gòu)對石墨烯的認(rèn)識不足，對下游技術(shù)開發(fā)和市場需求的反應(yīng)較慢具有重要的關(guān)系。
康飛宇希望深圳在石墨烯熱下面要有冷思考。他說，目前全世界對石墨烯的研究和產(chǎn)業(yè)化都處在起步階段，真正離市場化還有一段距離，不宜盲目投資。當(dāng)前，首先要把基礎(chǔ)研究做好，再做投資、規(guī)?；a(chǎn)。對于市政府來說，目前首要的任務(wù)并不是“跟風(fēng)”扶持，而是應(yīng)該冷靜地進(jìn)行戰(zhàn)略布局。
他說，市政府要做的是引進(jìn)人才，搭建工程中心和實驗室，做好市場引導(dǎo)，這對企業(yè)都是幫助和支持。
2014中國鋰電池行業(yè)市場預(yù)測
鋰離子電池的市場需求主要來源于消費(fèi)電子市場和以電動汽車為代表的新興市場。近年來,消費(fèi)電子產(chǎn)品增長趨于緩慢,鋰電新興市場發(fā)展遠(yuǎn)低于預(yù)期,國際市場競爭環(huán)境進(jìn)一步惡化。
就我國情況來看,2009年之后,受電動汽車概念熱潮影響,我國鋰離子電池投資驟然高漲。供需矛盾的進(jìn)一步激化使得鋰離子電池市場陷入無序發(fā)展的窘境,也造成了我國鋰離子電池行業(yè)“小、散、弱”的局面。
由于我國鋰離子電池出口方面限制因素較多,同時我國也是世界上最大的鋰離子電池消費(fèi)國,要打破當(dāng)前的被動局面必須充分挖掘本土市場潛力,以市場促進(jìn)產(chǎn)業(yè)發(fā)展,加快推進(jìn)我國由鋰離子電池大國向鋰離子電池強(qiáng)國的轉(zhuǎn)變。
一直以來,消費(fèi)電子產(chǎn)品和電動工具是當(dāng)前我國鋰離子電池產(chǎn)業(yè)的主要應(yīng)用領(lǐng)域,約占我國鋰離子電池市場的80%。經(jīng)過10多年的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展,在鋰離子單體電池生產(chǎn)技術(shù)以及產(chǎn)品性能方面,我國企業(yè)的產(chǎn)品與國際先進(jìn)水平相差不大。要改變目前狀況,一方面可以通過攻克核心技術(shù),進(jìn)一步提高鋰離子電池產(chǎn)品性能以及一致性;另一方面,還可以借助關(guān)鍵材料的本土化,進(jìn)一步降低生產(chǎn)成本,利用日本消費(fèi)電子企業(yè)處于低潮的階段,借力國際品牌如蘋果、谷歌、亞馬遜、華碩、聯(lián)想等,積極打入其供應(yīng)鏈,穩(wěn)步擴(kuò)大傳統(tǒng)市場。
要打開新興市場,首先要提升我國鋰離子電池組的性能并降低價格。僅靠電池生產(chǎn)企業(yè)來完成這一任務(wù)非常困難,需要上游原材料(如正極材料和電解液等)以及下游應(yīng)用(如電池組和電動汽車)的生產(chǎn)企業(yè)通力合作,解決性能難題,完全實現(xiàn)原材料本地化采購。
而要解決電池問題僅靠研發(fā)難以完成,還需要市場的支持。新興市場如何打開,需要在清晰認(rèn)識我國行業(yè)形勢基礎(chǔ)上,立足本土優(yōu)勢,找準(zhǔn)突破口。
第一個突破口是電動公共交通車輛。對于公共交通車輛來說,其行駛路線比較固定,一次行程基本在100公里以下,對于城際公交來說也不會超過200公里,完全在當(dāng)前鋰離子電池的續(xù)航里程之內(nèi)。同時公共交通車輛都有專用停車場以及停車位,稍加改造即可充電。推廣電動公共交通車輛還可以節(jié)能減排,優(yōu)化城市空氣環(huán)境。因此,公交車輛是當(dāng)前我國電動汽車的發(fā)展重點。
第二個突破口是電動自行車。由于快捷、方便等優(yōu)點,電動自行車一問世就受到了廣泛歡迎。我國是全球最大的電動自行車生產(chǎn)國,但目前電動自行車所用電池基本上為鉛酸電池,鋰離子電池占比極低。如果鋰離子電池占比提高至30%,鋰離子電池的需求量將達(dá)到4GWh,相當(dāng)于2012年全球鋰離子動力電池市場總和。
與此同時,要打破當(dāng)前的被動局面,還需要國家在技術(shù)研發(fā)、行業(yè)管理、資源整合等方面給予政策支持。如國家應(yīng)鼓勵優(yōu)秀企業(yè)通過兼并重組、強(qiáng)強(qiáng)聯(lián)合等方式擴(kuò)大優(yōu)質(zhì)的生產(chǎn)經(jīng)營規(guī)模,實現(xiàn)集約化發(fā)展。提倡骨干企業(yè)同上下游企業(yè)展開深入合作,在努力降低成本的同時進(jìn)一步打開應(yīng)用市場,實現(xiàn)多方共贏。此外,應(yīng)引導(dǎo)財政、金融、人才等優(yōu)質(zhì)資源向具有一定規(guī)模、自主創(chuàng)新能力強(qiáng)、具有品牌知名度且信譽(yù)良好的骨干企業(yè)傾斜,加快形成產(chǎn)業(yè)核心競爭力。
2014年我國鋰離子電池產(chǎn)量增速將持續(xù)加快,全年產(chǎn)量有望突破54億只。這意味著,在國家相繼出臺的刺激政策推動下,經(jīng)過20多年的發(fā)展,中國的鋰離子電池產(chǎn)業(yè)步入高速發(fā)展期。
（本文綜合中國證券報、環(huán)球網(wǎng)、深圳新聞網(wǎng)、中商情報網(wǎng)報道。）
