石墨烯成為材料界新貴

    鋰電世界  世界上有這樣一種物質，它透明，只吸收2.3%的光；它堅硬，強度是鋼鐵的200倍；它存量豐富，在大自然中廣泛存在；它實用，電阻率是世界上已知物質中最小的。它就是石墨烯，一種科學家和企業家都為之著迷的新材料。憑借完美的性能，石墨烯成為材料界的新貴，從三星的移動手機、蘋果的可穿戴設備，到特斯拉電動車電池，都出現了石墨烯的身影。

　石墨烯究竟有何神秘之處？它的相關研究和產業化現狀如何？帶著這些問題，近日走進長沙專門研究這種材料的湖南元素密碼石墨烯研究院一探究竟。

　發明：兩名物理學家獲諾貝爾獎

　據了解，近日西班牙一家以工業規模生產石墨烯的公司Graphenano，與西班牙科爾瓦多大學合作研究出首例石墨烯聚合材料電池，其儲電量是目前市場最好產品的3倍，用此電池提供電力的電動車最多能行駛1000公里，而其充電時間不到8分鐘。

　石墨烯是什么？湖南元素密碼石墨烯研究院創始人、中藍科技控股集團董事長譚彬介紹，石墨烯是一種由碳原子按六邊形晶格整齊排布而成的碳單質，厚度只有0.335納米，是二維結構的材料，而我們現在所應用的材料都是三維結構。把20萬片石墨烯疊加到一起，也只有一根頭發絲那么厚。石墨烯的結構特性也賦予其先天的優勢：它是世界上已知的最薄、強度最大、重量最輕、韌性最好的材料，因此也稱為“萬能材料”。

　石墨烯一直被認為是假設性的結構，無法單獨穩定存在。直到2004年，英國曼徹斯特大學兩名物理學家從石墨中剝離出石墨片，然后將薄片的兩面粘在一種特殊的膠帶上，撕開膠帶，就能把石墨片一分為二，不斷地這樣操作，于是薄片越來越薄，最后得到僅由一層碳原子構成的薄片，這就是石墨烯，兩人也因這項發明獲得2010年諾貝爾物理學獎。

　應用：一根細絲吊起一架鋼琴

　石墨烯如此“高大上”，用它合成的復合材料能做什么呢？因為強度大，如果用石墨烯做成一根頭發絲粗細的繩子，它可以吊起一架三角鋼琴。業內人士認為，如果說20世紀是硅的世紀，那么石墨烯則開創了21世紀的新材料紀元，僅在集成電路行業，如果石墨烯能夠取代1/10的硅，就將帶來5000億元以上的市場容量，未來有望達到萬億元級市場規模。

　譚彬稱，經過3年多攻關，湖南元素密碼石墨烯研究院通過一種全新的氧化還原法，實現了石墨烯材料研發和應用的重大技術突破，獲得全球專利80多項。目前，該研究院自主研發的石墨烯合金材料，可以有效地和鐵、銅、鎳、鋁、錫及金剛石等材料相親合，極大改善材料性能；通過氟化石墨烯技術，既保持了石墨烯的高強度，又使得其具有極強的耐高溫、疏水性等性能，在新型納米電子器件、潤滑材料、動力電池等領域具有廣泛的應用前景。

　目前，石墨烯材料已大規模應用到長沙賽維能源科技有限公司鋰離子電池生產當中，作為正負極電極活性材料的導電劑添加劑。技術參數顯示，通過往鋰電池正極材料中添加1%到2%的石墨烯作為導電材料，電池的儲電量是普通鋰電池的兩倍以上，電池使用壽命延長兩倍，成本降低20%。

　產業化：行業量產仍處于摸索階段

　我國的石墨烯行業仍在量產摸索階段，目前還很少有能夠實現批量化生產的企業或研究機構。為什么會出現這樣的困境？譚彬解釋，目前國內研究和生產石墨烯的制備設備成本太高，多數企業只能小量生產石墨烯，生產出的石墨烯也存在很多技術上需要突破的問題。從需求上看，石墨烯沒有形成下游的應用和需求，目前最大的應用還是為各大科研院校的實驗使用。

　目前湖南元素密碼石墨烯研究院通過氧化還原法和其他物理方法相結合，能生產出低成本的石墨烯材料，于2014年5月在隆平高科技園建成第一條年產30噸的石墨烯生產線，預計今年年產能將達300噸，現在該公司正在籌建第二條石墨烯生產線。

　譚彬介紹，中藍科技控股集團采用PPP/BOT的運營模式，引進投資60億元，向長沙市政投入純電動大巴、純電動出租車，同時建立配套的充電站（樁）設施及核心零部件基地；同時引進產業基金30億元投資興建日產100萬安時石墨烯鋰離子電池生產線。