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石墨烯产业化进程仍需补足技术、市场、应用等短板

钜大LARGE  |  点击量:345次  |  2019年08月05日  

摘要
中国储能网讯:近年来,我国新能源汽车产业发展迅速,但是产业发展同时面临电池能量密度不高、续航里程不足、充电时间长等技术瓶颈制约,行业痛点促使新能源汽车产业链积极寻找新型替代材料以实现能量密度的重大突破

近年来,我国新能源汽车产业发展迅速,但是产业发展同时面临电池能量密度不高、续航里程不足、充电时间长等技术瓶颈制约,行业痛点促使新能源汽车产业链积极寻找新型替代材料以实现能量密度的重大突破。石墨烯因其良好的光学、电学、力学特性进入新能源汽车产业视野,石墨烯电池也被认为是提高电池能量密度、缩短充电时间的解决方案之一。


新能源领域应用前景广阔


石墨烯是一种由碳原子以sp2杂化轨道组成六角型呈蜂巢晶格的二维碳纳米材料。2010年,英国曼彻斯特大学物理学家安德烈·盖姆和康斯坦丁·诺沃肖洛夫用微机械剥离法成功从石墨中分离出石墨烯,因此共同获得2010年诺贝尔物理学奖。也是以此为标志,社会对石墨烯的关注度日益升高。


因为石墨烯具有良好的导电和导热性能,目前在新能源、涂料、复合材料、大健康、节能环保和电子信息为主的六大领域具有十分广阔的应用前景。尤其是在新能源领域,大家普遍对通过石墨烯材料应用来提高动力电池的能源密度和缩短充电时间抱以很大期望。


宁波中车新能源科技有限公司工程师袁俊在北京石墨烯论坛2018上介绍,因为石墨烯具有很高的表比面积和优良的导电性,目前该公司的研发团队一直在研究通过加入石墨烯进一步提高超级电容器的能量密度和功率密度,事实证明加入石墨烯提升了超级电容器的产品性能,能够更好地满足现阶段轨道交通和车辆动力需求。  


从料材到器用还需时日


然而,在行业热度很高,市场各方面需求很旺盛,企业和研究机构积极性也很高背景下,近年来石墨烯在产业化方面却并没有取得较大进展,更多还是停留在基础研究上,各类高端应用和产品并没有问世。


工业和信息化部赛迪研究院原材料工业研究所所长肖劲松表示,一种新材料要发展成一种产业,必须要经过从“料材”到“器用”的一个过程。当前我国石墨烯产业发展尚面临技术、市场、成本三大方面短板。


技术方面来看,目前产业还存在关键技术有待突破,制备材料企业材料不过关等问题。2004年至今年5月,全球申请专利的数量大概是6万余项,我国占了一半以上,处于国际领先地位,但是创新能力尚不足,缺少真正的核心知识产权。一方面应该谨防石墨烯产业陷入低端陷阱,不能单看专利数量,更应注重专利质量;另一方面也应重视专利保护。


市场方面来看,目前产业发展缺乏龙头企业带动,企业分散、力量不集中、多为小作坊式的初创企业。大部分企业追求全面发展,在技术分工上没有侧重点。数据显示,近年来我国石墨烯企业数量增长迅速,2015年我国约有350家石墨烯企业,2016年增长至2059家,2017年达到了4638家,而实际上真正展开业务的,只有1/5左右。


石墨烯的应用也存在一定短板,由于下游应用企业没有完全实现一些高端应用产品的制造,从而导致有产能没产量的现象。从2016年截至目前,我国石墨烯的总体产能约达到6万吨,但是很多产能还没完全转化为产量。


成本方面,由于石墨烯是一种新材料,新材料的研发周期普遍较长,研发投入十分巨大,因而导致目前石墨烯的应用成本普遍偏高。


肖劲松指出,上述短板严重制约了我国石墨烯产业化的进程。此外,标准化等问题也应该引起重视。


研发代工为产研结合提供便利


北京石墨烯研究院创始院长刘忠范指出,石墨烯新材料产业现在还处在期望的顶峰而绝非发展的顶峰,当前石墨烯在质量方面尚不足以支撑起未来的石墨烯产业大赛,石墨烯的“杀手锏”以及应用仍在探索之中,尚没有找到独到的不可或缺的应用。


当前石墨烯产业一大突出矛盾就是产研结合有待进一步加强。当前石墨烯企业普遍小而全,研发力量不足,很难形成真正的核心竞争力和取得关键技术突破。而大学往往具有丰富的科研力量,但是在和产业结合方面仍然力度不足。


刘忠范表示,为了解决这一问题,北京石墨烯研究院提出研发代工的理念,即针对特定企业的研发需求,组建由高水平、专业人员构成的专门研发团队,面向市场需求,开展定制化的技术研发。通过企业方与工程方全工程利益捆绑,长期稳定地服务于企业高技术研发,从而实现从技术研究到产业化落地的无缝衔接。目前该研究院已经首批成立5个研发代工中心,将为石墨烯产业的政产研学进一步融合贡献自己的经验和智慧。


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