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北京碳世纪董事长闫立群:请理性看待石墨烯

中国能源报 T中
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OFweek锂电网讯 自石墨烯被学界发现以来,就被冠以万能材料、材料之王等桂冠,每每产业应用方面有所突破即备受瞩目。在能源相关领域,如储能、超导、节能、污染物排放治理、空气净化等方面,均已出现石墨烯应用,但尽管如此,石墨烯不乏质疑之声。那么石墨烯究竟是什么,作用几何?为此,本报记者专访了北京碳世纪科技有限公司董事长、首席科学家闫立群,听听这位拥有年产1吨石墨烯生产能力的企业主的声音。

北京碳世纪董事长闫立群:请理性看待石墨烯

中国石墨烯技术水平并不弱

记者:石墨烯在国内日渐升温,被称为万能材料,对此您怎么看?我国技术与国际相比,处于怎样的水平?

闫立群:石墨烯作为目前发现的最薄、强度最大、导电导热性能最强的一种超级纳米材料,物理性能十分优越。后工业时代到信息时代,我国正由加工强国向制造强国过渡,在这一过程中我们与国际上的前沿技术、大企业在很多领域都处于同一起跑线。石墨烯就是典型案例,2004年被发现,短短6年后的2010年就获得了诺贝尔奖,非常之快。所以说,从理论思路到技术路线都无先行经验可借鉴的情况下,那就看各自的理解和研发、实验能力了,我们面对的都是新东西,需要独立探索,但是目前来看,我国在这方面丝毫不弱。

记者:石墨烯重在行业应用,主要是利用其哪方面性能?

闫立群:从技术应用角度来说,石墨烯的发展方向更需要贴近产业、行业、企业。行业应用这块,还是要围绕石墨烯的特性进行材料改性,即改变普通材料的特性,比如空气净化器、电池等时下热度比较高的产品中通过添加石墨烯来提升性能。但具体应用要看主要是利用石墨烯哪方面的性能,是吸附能力?还是作为活性载体来提高活性?还是利用其强度?看用于什么,不能走向一个“为用石墨烯而使用石墨烯”的误区。

石墨烯可提升锂电池性能

记者:有企业称,已成功将石墨烯应用到电池产品中,作为业内人士,作何评价?

闫立群:从储能角度上讲,用石墨烯复合材料做超级电容器,增大表面积、提高导电性,这都没问题。用到锂电池上,以我们的经验主要是四种方法:

一是用在负极上,但没什么意义,因为现在制约锂电池发展的是正极。

二是最简单的方法,做正极的导电添加剂,因为所有锂电池都要加导电添加剂,原来是加导电炭黑,现在用石墨烯替换炭黑,这没什么难度,相对比较低端。

三是直接在锂电池正极表面进行包覆,因为锂电正极材料都是金属氧化物,时间长了会氧化,使导电性减弱,石墨烯覆盖后会解决这个问题,提升微观导电性。

四是在形成正极晶体的时候,让这个晶体就生长在石墨烯上,这是最好的利用形式,可以增加正极材料强度同时使石墨烯成为正极的骨骼,整体上提升锂电池寿命。

此前市场上传言的石墨烯电池“充电10分钟能跑1000公里”的谬误,是丝毫禁不住讨论的。

记者:石墨烯正极包覆的方法,做起来难度很大吗?

闫立群:实现石墨烯正极包覆的方法,现在基本还没有企业做得了产品应用,技术还没有达到,还需要一个漫长的过程。

多年来我国三元锂电技术更新缓慢,主要是因为工艺太长,原料到产品要近40个制造反应环节,每个环节如果出现一点瑕疵,最后产品的质量都控制不了。

整体上看,加工强国迈向制造强国,还有很长的路要走。我国还是短流程工业产品为主,长流程属于短板,完全自动化又太贵、用不起,生产出来也没有竞争力,这也是高精尖产品形不成规模产品序列的主要原因。

距产业化还有一段距离

记者:鉴于目前石墨烯发展的阶段,市场对石墨烯的产业化有争议,国内乃至世界范围内,石墨烯产品的研发到应用,从研究室到工厂经过了多久?

闫立群: 目前大众认识的普遍误区是拿微观来和宏观作比较。比如石墨烯的导电性好,是微观层面,把铜、铝等金属以原子形态与石墨烯比较,确实会不如石墨烯。但是现实中,我们看到的都是宏观物体,拿只有一层石墨烯的复合材料和铜导线比,也是不行的,因为这种材料甚至无法和铁丝相比,这就是认识上误区。

但如果将之应用到电池中的每一个小电极上,效果会好一些,因为小电极本身也就10微米。以风电为代表的可再生能源发电并网困难,石墨烯可以应用到超级电容产品上,提升电容容量,这样风电产生后先进入超级电容再输出上网,实现柔化风电的作用。

石墨烯产品定向需要很多实验、很长时间,产品方向开始并不知道,研发过程很多时候是,想到哪做到哪,但在边做实验的过程中,灵感、实验数据不断累积,在尝试中会触类旁通、由此及彼。我做过很长时间的超级电容,对石墨烯储能技术有一定的认识和积累,但石墨烯在储能应用中的效率确实还有待提升。

完成了产品定向,产品实验室阶段一般是两年,走向工厂实现量产就更快了。

记者:价格还是一个敏感话题。现在含有石墨烯材料的产品,价格方面贵吗?

闫立群: 以我们的产品序列看,石墨烯目前主要作为添加剂和伴生材料,占整体成本比例不高。但初期产品成本肯定是昂贵的,因为创新初期需要不断试错。而且需要说明的是,创新初期只需要想法、试错,等到了定向、成型阶段,再找问题、再优化,降低成本,做得更漂亮、更贴近用户体验。

比空气净化器产品,利用石墨烯对活性炭进行改性,以提升其活性,但成本并不会增加很多,因为用量很少,就是薄薄一层。工业上也容易推广,还可以应用到火电、钢厂等企业的排放治理中,比如加在水里,加速污染物颗粒的沉降,进而减少废气排放,但这都需要政策支持,因为行业的标准和规范还未考虑这些。

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