“烯王”遭質(zhì)疑 石墨烯工業(yè)化使用為什么如此困難？

　　今年7月，正如高溫的天氣，中國(guó)資本市場(chǎng)石墨烯板塊也被一股突如其來的熱浪侵襲。這始于上市公司東旭光電推出的石墨烯基鋰電池。一起來看~

　　7月9日，東旭光電公司宣稱，推出了世界首款石墨烯基鋰離子電池產(chǎn)品——“烯王”。東旭光電方面稱，通過測(cè)試，“烯王”充電用時(shí)15分鐘，其充電效率是普通充電產(chǎn)品的24倍，可在-30℃—80℃環(huán)境下工作，循環(huán)壽命高達(dá)3500次左右。

　　“‘烯王’的落地開啟了石墨烯在能源領(lǐng)域的應(yīng)用時(shí)代?！睎|旭光電投資負(fù)責(zé)人、上海碳源匯谷董事長(zhǎng)王忠輝表示：“該石墨烯技術(shù)是石墨烯在鋰電池應(yīng)用史上的一次革命性突破，是石墨烯業(yè)界翹首以盼的真正的殺手級(jí)應(yīng)用?！?/p>

　　消息一出，很快資本市場(chǎng)的一些“獵手們”聲稱，“烯王”的問世標(biāo)志著中國(guó)誕生了真正意義上的石墨烯電池，代表著我國(guó)在石墨烯技術(shù)上已領(lǐng)先于世界別國(guó)，將帶來整個(gè)電池產(chǎn)業(yè)的變革。

　　關(guān)于石墨烯電池，“給智能手機(jī)充滿電只要幾秒鐘，新能源車一次充電8分鐘，可行駛1000公里……”近些年，在很多文章以及演講場(chǎng)合中，人們時(shí)?？梢月牭竭@樣的說法。

　　在全世界范圍內(nèi)，這些年新能源汽車發(fā)展迅速，但目前，好的電動(dòng)汽車充一次電至少需花2個(gè)小時(shí)，大約可跑300公里，而這已經(jīng)是極高的效率了，更多的電動(dòng)汽車充一次電則需要花3-4個(gè)小時(shí)甚至是更多的時(shí)間。石墨烯電池概念的出現(xiàn)，讓很多人看到了希望。因此有關(guān)石墨烯電池的任何風(fēng)吹草動(dòng)，都會(huì)在市場(chǎng)上引起很大的風(fēng)浪。“烯王”落地，東旭光電的股價(jià)立刻就開啟暴漲模式，一周漲幅曾達(dá)40%。數(shù)據(jù)顯示，東旭光電在近20日的股價(jià)漲達(dá)60%左右。

　　1、目前制備石墨烯極其困難是學(xué)界共識(shí)

　　在回答這個(gè)問題之前，我們先來看看究竟什么是石墨烯。2004年，英國(guó)曼徹斯特大學(xué)的安德烈?蓋姆和康斯坦丁?諾沃肖洛夫從石墨薄片中剝離出了石墨烯，他們二人因此榮獲2010年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。這里的石墨烯，是由單層碳原子層構(gòu)成的蜂窩狀晶格二維原子晶體，理論厚度僅為0.34納米，其具有優(yōu)異的電學(xué)、熱傳導(dǎo)、阻隔性等材料性能，因此其在電池領(lǐng)域的應(yīng)用被很多人看好，稱之為“材料之王”。

　　但實(shí)際上，學(xué)術(shù)界一直對(duì)石墨烯有個(gè)共同的看法，即目前制造石墨烯的成本過高并且技術(shù)方面并不完善，若要實(shí)現(xiàn)工業(yè)化應(yīng)用現(xiàn)在還存在很大的困難。

　　比如要想獲得電學(xué)和機(jī)械性能都最佳的石墨烯樣品，依然需要依靠最費(fèi)時(shí)費(fèi)力費(fèi)錢的手段——機(jī)械剝離法，即用膠帶粘到石墨上，手工把石墨烯離析出來。2004年諾沃肖洛夫他們就是這么制備出石墨烯的。盡管所需的設(shè)備和技術(shù)含量看起來都很低，但問題是成功率更低，弄點(diǎn)兒樣品做研究還可以，要是進(jìn)行工業(yè)化生產(chǎn)，這樣的手段毫無用途，就是掌握了全世界的石墨礦也沒有任何商業(yè)價(jià)值。

　　2、號(hào)稱能量產(chǎn)的多為石墨微片或畸形圓環(huán)，并非真正的石墨烯

　　經(jīng)過這些年的努力，盡管科學(xué)家們找到了一些能夠增加產(chǎn)量、又能夠降低成本的石墨烯制造方法，但是迄今為止還沒有真的能適合工業(yè)化低成本大規(guī)模推廣生產(chǎn)的技術(shù)。一些廠家宣稱可以量產(chǎn)百噸級(jí)別的石墨烯，其實(shí)量產(chǎn)出來的根本就不是真正的石墨烯物質(zhì)。得到的除了單層的石墨烯，還有兩層的、三層的甚至更多層數(shù)的石墨微片。

　　在另外一個(gè)方面，就是用一些新的生產(chǎn)方法得到大量的單層的石墨烯，雖然一片石墨烯的中央部分是完美的六元環(huán)，但在邊緣部分往往會(huì)被打亂，成為五元環(huán)或七元環(huán)。如果制成石墨烯產(chǎn)品，這些畸形環(huán)不但分布在邊緣，還存在于每“一片”在做出來的石墨烯內(nèi)部，成為結(jié)構(gòu)弱點(diǎn)、容易斷裂。

　　中國(guó)科學(xué)院院士、中國(guó)科學(xué)院物理研究所研究員高鴻鈞說，在實(shí)際應(yīng)用中，只有沒有任何缺陷的石墨烯才具備強(qiáng)大特性。否則，整個(gè)石墨烯產(chǎn)品的強(qiáng)度要被大幅削弱。而事實(shí)上，也正是這樣的障礙，真正意義上的石墨烯電池大規(guī)模商業(yè)化生產(chǎn)目前為時(shí)尚早。

　　北京有色金屬研究總院高級(jí)工程師、清華大學(xué)博士劉冠偉在接受北京科技報(bào)采訪時(shí)表示，即便是現(xiàn)在有企業(yè)宣稱有新的石墨烯產(chǎn)品問世了，石墨烯在這種產(chǎn)品中也多是扮演添加劑的角色，其在電池領(lǐng)域也不例外。

　　上海交通大學(xué)微納科學(xué)與技術(shù)研究院研究員、博士生導(dǎo)師魏良明主要從事新一代高性能鋰離子電池/超級(jí)電容器以及傳感器的研究，他說，現(xiàn)在石墨烯作為單一的產(chǎn)品還未有應(yīng)用突破，在東旭光電宣稱的世界首款石墨烯基鋰離子電池產(chǎn)品中，石墨烯在其中僅僅是導(dǎo)電或者是電極嵌鋰的復(fù)合材料。

　　電子顯微鏡觀測(cè)下的石墨烯單層碳原子結(jié)構(gòu)