中國儲能網(wǎng)訊：石墨烯( Graphene)自2004年發(fā)現(xiàn)以來，在短短數(shù)年間已經(jīng)成為凝聚態(tài)物理、化學(xué)、材料科學(xué)等領(lǐng)域研究中倍受矚目的“明星材料”。2014年，石墨烯產(chǎn)業(yè)新聞不斷，第一輪商業(yè)應(yīng)用已經(jīng)公布的消息一石激起千層浪，業(yè)界見證了大量的投資和收購活動。盡管如此，一些上市的石墨公司的估值卻一直在下降，并已返回到自己首次公開募股的水平。近幾年，一些石墨烯公司和科研機構(gòu)對石墨烯電池技術(shù)進行了多項研究和實驗，看起來非常有前途，但仍然需要一段時間才能大規(guī)模并以合理的速度生產(chǎn)，當(dāng)今市場仍以研究和興趣占主導(dǎo)，主要方向是儲能和復(fù)合材料，更多的企業(yè)會通過中間產(chǎn)品獲益，避免終端用戶不確定性帶來的風(fēng)險損失。
研究與投資熱度不減
電動汽車和可再生能源被譽為應(yīng)對氣候變化的解決方案，需要更便宜、更好的電池實現(xiàn)廣泛使用。大學(xué)、初創(chuàng)公司，以及通用電氣(GE)、IBM、豐田等大型企業(yè)都在進行提高鋰離子電池性能的研發(fā)，但挑戰(zhàn)十分巨大。石墨烯則是目前發(fā)現(xiàn)的最薄、最堅硬、導(dǎo)電導(dǎo)熱性能最強的一種新型納米材料。石墨烯被稱為“黑金”，是“新材料之王”，能助力超級電容器、鋰離子電池的發(fā)展。資料顯示，加入石墨烯材料，同等體積的電容可擴充5倍以上的容量，而鋰電池電極中加入石墨烯可大幅度提高其導(dǎo)電性能。
石墨烯產(chǎn)業(yè)一直被期待能出現(xiàn)穩(wěn)定和發(fā)散式的長期應(yīng)用，但實際上鮮有“殺手級應(yīng)用”，缺乏具有獨特價值和先發(fā)優(yōu)勢的產(chǎn)品，因此，商業(yè)化進程依然像一個替代游戲。目前，主要應(yīng)用僅限于儲能、復(fù)合材料、功能性油墨、電子、石墨等，石墨烯的價值定位、競爭格局、技術(shù)標準和未來可能出現(xiàn)的制造技術(shù)在各個細分市場都有不同，導(dǎo)致市場割裂，供應(yīng)商也一直在尋求階段化的市場策略，但市場多元子集過于細微分散，這勢必拖垮長期價格。值得注意的是，與石墨烯競爭的碳納米管價格也因此承壓。
現(xiàn)在的商業(yè)投資者有更真實的期望，表現(xiàn)出對復(fù)合材料、儲能應(yīng)用及中間產(chǎn)品的關(guān)注。商業(yè)化的研究并不容易或快速商品化，以許多納米材料或組件電池為例，前期投入過于昂貴以至于難以盡快推出有利可圖的應(yīng)用。美國馬里蘭大學(xué)和伊利諾伊大學(xué)的研究人員稱，“開發(fā)這種電池在目前是一個顯著的挑戰(zhàn)，問題很多，油價和天然氣價格的下跌也抑制了對電動汽車和可再生能源的需求。與其競爭存在很大風(fēng)險和困難?！?
萊斯大學(xué)材料科學(xué)和納米工程學(xué)教授James Tour表示，他的研究團隊創(chuàng)建了系列科研項目，包括碳納米管和石墨烯，可以顯著提高能源存儲?？偛课挥诘驴怂_斯州的Xidex公司和以色列Graphite石墨公司，正在基于萊斯大學(xué)的這些科研技術(shù)研發(fā)產(chǎn)品，這些技術(shù)可以使智能手機在幾分鐘內(nèi)讓電池完全充滿電，“距離商品化還有三年的路要走”，James Tour說道。
近幾年，一些石墨烯公司和科研機構(gòu)對石墨烯電池技術(shù)進行了多項研究和實驗。韓國光州科學(xué)技術(shù)院的研究人員正在對一項新型石墨烯電池技術(shù)進行研究，研究表明，這種新型電池可將電動汽車的充電時間縮短至16秒，而不影響能量密度。美國俄亥俄州Nanotek儀器公司的研究人員則利用鋰離子可在石墨烯表面和電極之間快速大量穿梭運動的特性，開發(fā)出一種新型儲能設(shè)備，可以將充電時間從過去的數(shù)小時之久縮短到不到一分鐘。新儲能設(shè)備稱為石墨烯表面鋰離子交換電池，或簡稱為表面介導(dǎo)電池(SMCS)，它集中了鋰電池和超級電容的優(yōu)點，同時兼具高功率密度和高能量儲存密度的特性。歐盟十多年來投入10億歐元致力于研究石墨烯和其它2D材料，韓國和英國政府過去兩年里分別投資至少4000萬美元和2400萬英鎊從事研究。同時，一些已經(jīng)上市的石墨烯公司獲取大量估值，對石墨烯的投資熱度不減。據(jù)IDTechEx統(tǒng)計，過去幾年中，私人石墨烯公司的投資約有6000萬美元。
全球石墨烯市場規(guī)模 單位：百萬美元
數(shù)據(jù)來源：IDTechEx
石墨烯的研究看起來非常有前途，但仍然需要一段時間才能大規(guī)模并以合理的速度生產(chǎn)，當(dāng)今市場仍以研究和興趣占主導(dǎo)，主要方向是儲能和復(fù)合材料，更多的企業(yè)會通過中間產(chǎn)品獲益，避免終端用戶不確定性帶來的風(fēng)險損失。
生產(chǎn)能力過剩
作為應(yīng)用的第一步，目前石墨烯在工業(yè)上的應(yīng)用主要在手機觸摸屏方面，即以替代現(xiàn)有的ITO靶材，而三星已于近期生產(chǎn)出相關(guān)樣品——使用石墨烯材料的手機可隨意彎曲、捶打，并具有更長的待機時間、更清晰的屏幕分辨率。全世界已公布的石墨烯產(chǎn)能估計為近500噸/年，市場中大約有超過20個“玩家”，盡管基數(shù)不大，但是在第一階段的需求期過后，產(chǎn)能已經(jīng)處于過剩狀態(tài)。這顯然帶有盲目性，供應(yīng)商承擔(dān)了風(fēng)險，市場仍未做好準備吸收產(chǎn)能。
石墨烯產(chǎn)業(yè)在中國的發(fā)展處于上升勢頭，產(chǎn)能巨大，多個供應(yīng)商均發(fā)布了能夠提供大量石墨烯納米片和CVD石墨烯的公告。中國企業(yè)已經(jīng)申請了超過2000項與石墨烯相關(guān)的專利。與此同時，韓國三星集團對石墨烯也有強烈興趣，該集團是碳納米管領(lǐng)域的最大專利持有者，LG集團正在石墨烯行業(yè)利用自己的經(jīng)驗，特別是碳納米管方面，創(chuàng)建本地供應(yīng)鏈。
另一方面，石墨烯的產(chǎn)業(yè)投資也在繼續(xù)?？傆嫾s1.5億美元已經(jīng)投向新的石墨烯公司，投資分布在至少20家公司。投資組合也是多種多樣，包括風(fēng)險投資和不同行業(yè)的戰(zhàn)略投資，如鋼鐵制造(例如浦項制鐵)、石墨開采(如加拿大Focus Graphite)、消費電子(如三星)、化學(xué)和材料(如韓華和DSM)、石油和天然氣(如雷普索爾)。
石墨烯的潛質(zhì)有多大
石墨烯經(jīng)常被與碳納米管相比較，因為它們有很多相似的材料特性，兩者也常常被輿論炒作。
碳納米管被發(fā)現(xiàn)可作為很多領(lǐng)域的合格添加材料，諸如可靜電噴涂的塑料車體部件、可消散靜電電荷的塑料燃料管/系統(tǒng)和鋰離子電池?？傮w而言，在中國、韓國、美國和歐洲的引領(lǐng)下，預(yù)計產(chǎn)能為2003-2600噸/年。
石墨烯產(chǎn)業(yè)可以從碳納米管借鑒良多。然而，碳納米管的持久挑戰(zhàn)是集束難以分散，早期的科學(xué)研究結(jié)果表明，石墨烯更容易分散，這是一個機會，也是區(qū)分與碳納米管的最大不同。
石墨烯能夠以薄膜形式生產(chǎn)(例如石墨烯CVD)，這針對一組獨立的市場，如透明導(dǎo)電薄膜，但是這個市場的競爭十分激烈，無論是現(xiàn)在的解決方案(ITO)，還是性能更好的替代品?？紤]到石墨烯的表現(xiàn)平平，IDTechEx預(yù)期，出了觸摸屏那一小塊市場，石墨烯目前很難在其他細分市場大有作為。
雖然現(xiàn)在明確說明還為時過早，初期的一些跡象表明，石墨烯可能造成的健康和安全風(fēng)險比碳納米管低。科學(xué)研究方面還有堆積如山的工作要做，一旦被證實危害風(fēng)險較低，石墨烯有望加速發(fā)展。此外，石墨烯似乎更善于把一系列功能同時宿于主材料，反過來也像一個微分器一樣能夠發(fā)展多功能，這也是和現(xiàn)有的石墨粉、炭黑等的區(qū)別。
2015年及后期市場展望
現(xiàn)在，由于質(zhì)量參差不齊，供應(yīng)商也不同，因此石墨烯在市場上的價格成本并不統(tǒng)一，不過總體而言，其平均價格將會下降。2015年，將會看到許多有利可圖的細分市場會采用石墨烯，在復(fù)合材料作為添加材料，以及(長期)能源存儲設(shè)備等，預(yù)計市場在原材料層面上，市場規(guī)模在2014年-2024年的十年間將從2千萬美元增長至3.9億美元。
對石墨烯來說，儲能是一個非常有吸引力的目標市場。超級電容器是一個高速增長的行業(yè)。IDTechEx預(yù)計這個市場在未來十年的復(fù)合年增長率是30%。比表面積(即單位質(zhì)量物料所具有的總面積)高和早期的實驗室成果可以讓石墨烯創(chuàng)造價值，但是技術(shù)方面還存在一些障礙，阻止了表面完整利用和平面內(nèi)的傳導(dǎo)保持。同時，活性炭仍然占據(jù)主導(dǎo)地位，其價格低至5美元/公斤。然而，石墨烯的關(guān)注度和研究工作不減，預(yù)計市場將在2019年之后快速增長。定位于鋰離子市場的幾個產(chǎn)品已推出，由于化學(xué)反應(yīng)的多樣性和鋰離子電池的設(shè)計問題，性能基準仍難制定。
透明導(dǎo)電薄膜市場也是一個不斷增長的巨大市場。ITO薄膜將是一直是市場的主流解決方案，主流企業(yè)將在這一領(lǐng)域增加生產(chǎn)力。然而，市場也在改變，對超低薄膜電阻、機械強度和更低價格的需求，將引來新進入者。許多替代品逐漸出現(xiàn)，包括銀納米線、金屬絲網(wǎng)、PEDOT和碳納米管。石墨烯也可以作為透明導(dǎo)體，但其性能與ITO薄膜配合才能表現(xiàn)最好，除非生產(chǎn)技術(shù)有重大創(chuàng)新，否則不能夠受益于行業(yè)趨勢。
復(fù)合材料行業(yè)大而分散，需求很細很多。在這一領(lǐng)域，石墨烯可以作為添加材料提供價值。例如石墨烯納米片，提高導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性、抗?jié)B性、機械強度等。
