石墨烯在电力领域应用大有潜力

当前，一种超薄、超轻、超高强度、超强导电性、室温导热和透光性优异的新型纳米材料迅速“走红”，它被称为“新材料之王”，并被预言将“彻底改变21世纪”，掀起一场席卷全球的颠覆性新技术新产业革命。目前，有关它的战争已经在实验室打响，引起了各类资本的围观、进入。它就是石墨烯。

有资料显示，我国已经走在了石墨烯产业化的前列，是石墨烯研究、应用和开发最为活跃的国家之一。目前，我国已经涌现出了一大批石墨烯相关的企业，产业方向集中在石墨烯制备及储能、触摸屏和涂层等应用领域。对此，业内普遍认为，能源技术是石墨烯主要的应用领域之一。那么，撇开对石墨烯概念、技术成熟度的争论和质疑，就这一材料本身来说，其在电力技术设备方面有哪些潜在的应用价值?本报记者就这一问题采访了掌握石墨烯(单层碳原子)宏量制备技术、实现了其准工业化生产，并靠石墨烯获得了盈利的北京碳世纪科技有限公司(简称“碳世纪”)。

石墨烯超级电容、石墨烯电池是典型应用

石墨烯超级电容、石墨烯电池已经是为人熟知的概念，其性能相较传统产品提升了10%~20%，是石墨烯目前在储能领域最典型的应用。“准确地认知这些应用，首先必须从技术层面理清其概念。”碳世纪产品总监徐亭解释说，例如石墨烯超级电容器确切地应该被称为“石墨烯改性超级电容器”。

电极材料是超级电容、电池的核心。以活性炭作电极材料的一类超级电容来说，当活性炭经石墨烯改性之后，其储存电荷的能力将提升10%~20%，以性能提升之后的活性炭加工而成的产品，就是所谓的石墨烯超级电容器。徐亭介绍，在这一产品中，石墨烯只是作为一种添加的辅助材料，改变了电极材料活性炭的储电性能。因此准确地说，它应该叫做石墨烯改性超级电容器。同理，由经过石墨烯改性、提升性能后的电极材料制作的电池，也应该叫做石墨烯改性电池。不过，石墨烯在两种产品中的作用不尽相同。“对于电容产品，石墨烯主要是提升了其容量，但对于电池来说，石墨烯不仅提升了其容量，更重要的是将其循环寿命也提升4~5倍。”徐亭进一步介绍说，可以简单地理解为，理论上电极材料掺入的石墨烯材料越多，其性能提升得也就越多。“虽然不符合科学语言表述，但可以这么理解。”不过，他指出超级电容、电池的制作工艺非常复杂，实际需要解决的问题有好多，好材料不一定能做出好产品。

“材料和工艺永远是共存的。石墨烯材料与电极材料掺和的比例不同、加工工艺不同，其产品的效能就会不同。”徐亭说，石墨烯在改善电池性能方面的潜力是无极限的，但具体提升多少与其制作工艺紧密相关。他表示，国内能够生产超级电容、电池的厂家非常多，但要想把石墨烯加到电极材料里，对他们来说是件难事。“原本的来料加工的生产工艺，并不能满足石墨烯产品的生产需求。”徐亭认为，自主创新、研发石墨烯应用工艺，是我国电池、电容行业实现产业升级亟待攻克的难题。

在电力生产的各环节都有用武之地

大受追捧的新材料之王在电力领域还有哪些潜在的应用空间?对于本报记者的这一问题，徐亭回答说，作为一种基础材料，石墨烯在整个基础工业领域都有用武之地，它能够实现的功能有很多，只需要看其中哪些是与电力相关的，而不是从电力领域寻找哪些方面可以用到石墨烯，这是完全不同的概念。

“可以说，石墨烯在发电、输电、储电环节都有用武之地，并大有潜力可挖。”徐亭表示，实验证明石墨烯能够增强强度、耐拉、抗撕裂等，可以与机油、木炭等混合使用。其中，石墨烯改性机油后可以显著提升其润滑性能，这种润滑剂已被实际应用于私家小轿车和大货车。“同样都是活塞原理，以此推演，是否可以将其用于减少发电设备的摩擦，提升设备使用寿命?理论上来说是没有任何问题的，只不过需要实际测试来证实。”他还介绍说，目前我国的火电比较多，需要处理废气、废水，在这方面也可以考虑加入石墨烯，从而提升废弃物的转化性能。

事实上，石墨烯在学术上并不是很先进，但是真正能把它做下去，实现工业化并且量产，而且能赚到钱，是非常难的。无数人做过把石墨烯和其他材料混合的实验，但真正将其实现工业化应用的也只有极少数。拿技术较成熟的石墨烯超级电容、电池来说，其实际应用也很少。“目前，石墨烯应用还处于初级阶段，客户对其产品仍有一定的质疑，这就需要进一步引导客户测试使用，扩大推广力度。”徐亭指出，更重要的是各相关厂家都要踏踏实实地干实事，不能炒作概念忽悠客户，否则会导致客户对整个行业失去信心。但他同时指出，对于推动石墨烯应用来说，最大的难题是国内企业自主创新理念、能力不足，对其应用发展多持观望心态，不敢或不想做“第一个吃螃蟹的人”。

【记者手记】石墨烯应用要避免概念炒作

对于当前的石墨烯材料来说，可谓产业尚未成熟、概念炒作先行。具体来说，石墨烯概念的炒作包括了对各种石墨烯可能实现的应用的炒作，也包括了对所谓的双层、多层石墨烯的炒作。对此，碳世纪一再强调和坚持，单层的碳原子才是石墨烯，不是单层的碳原子就不是石墨烯。事实上，国内外学术界也一致明确，石墨烯是单层的碳原子结构，如同一位英国大学教授所表述的，“石墨烯加上一层就是石墨，去掉一层就什么都没有”。其实，关于“单层”的概念，从“石墨烯是由碳原子组成的只有一层原子厚度的二维晶体”的定义中就能得到证实。在国际上，虽没有制定石墨烯的国际标准，但国际标准化组织在相关的碳纳米技术规范中，明确定义石墨烯就是单层碳原子。碳世纪认为，有关石墨烯的概念原本是不存在争议空间的，当前有关双层、多层石墨烯的炒作无非是出于商业利益，一方面是因为只有极少数企业能制备出真正的石墨烯(单层碳原子)，一是方面是为了满足资本炒作的需求。

“明确正确的概念非常重要。因为概念炒作已经让下游的用户深受伤害。”徐亭介绍，由于对石墨烯概念缺乏正确的认知，使用所谓双层、多层石墨烯(实际上，能制备出5层碳原子以下碳材料的研发机构和企业也是寥寥无几)，不仅没有达到理想的效果，甚至引发事故，使得用户对石墨烯失去了信心。如此炒作，最终只会让整个石墨烯应用产业受伤害。对此，业内专家也呼吁，趁着国家当前新的扶持政策，无论是科研人员还是资本，都应该踏踏实实地去做好产品，才有利于整个行业的发展。

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