鉅大LARGE | 點擊量：805次 | 2021年10月12日
石墨烯三個階段：鋰離子電池正經歷黎明前的黑暗
從經濟學的角度來看，需求拉動供給時，經濟很健康，反過來供給規模推動需求時，經濟就不能健康發展。因此，石墨烯的應用比石墨烯的制備更重要。
在前面的文章《論石墨烯行業發展的三個階段》里面(見附錄)，提到我國石墨烯行業現狀是制備規模遠遠大于市場規模。也就出現石墨烯制備規模虛假繁榮的現象。劉忠范院士也承認這一點。
氧化還原制備石墨烯的環保問題，簡單的講制備1克氧化還原石墨烯RGO，要1克鱗片石墨、1克硝酸鈉、5克高猛酸鉀、50毫升硫酸、500毫升水、50毫升鹽酸和酒精、0.7克水合肼(有劇毒)，最后出現600克廢酸，100噸/年出現60000噸廢酸。環保壓力不小啊!所以，無論從環保角度看，還是從供給大于需求的壓力看，都要謹慎投資石墨烯制備。
那么，倉庫里堆滿了石墨烯，怎么辦?四個字“自產自銷”。石墨烯由于才十年的歷史，因此帶有濃厚的學術氣息，現在還沒有走出象牙之塔。所謂“自銷”就是“銷自”，賣給自己做應用。石墨烯有那么應用呢?從矮挫丑到高大上(圈圈語)大概列一下。圖1，圖2.
圖1.我國專利應用分布
符合Exic IIB T4 Gc防爆標準
充電溫度：0~45℃
-放電溫度：-40~+55℃
-40℃最大放電倍率：1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
圖2.全球專利應用分布
這是來自北京國之專利預警咨詢中心的數據，從專利應用分布可以看出，有鋰電(動力鋰離子電池)、超級電容器、微電子、觸摸屏、催化劑、太陽能電池等。先看鋰電沒有大的突破。圖3.
圖3.比亞迪的磷酸鐵鋰離子電池電動汽車技術參數
估計這個鋰電是否用上石墨烯，38小時的充電時間，顯然民用不了。祝愿比亞迪盡早有更好的電動汽車出現。看樣子，石墨烯或者碳管鋰離子電池要突破還有時日，不過吉倉和碳世紀經過幾年的時間上的積累，石墨烯活性炭將在今年年底，在常州投產，水系電容量300法拉/克，石墨烯鋰離子電池在兩個月后，將做出樣品。初步數據，能量密度>30%的提升，循環次數2400次。預計跟超級電容器相同，鋰離子電池在3到5年時間會有突破，目前也算是黎明前的黑暗吧。石墨烯觸摸屏早期最熱的是CVD法膜，但是現在進展不大，重要價格太貴，轉移障礙，制約了持續生產，另外觸摸屏要加上接觸半導體，這也是障礙。常州二維碳素在石墨烯觸摸屏手機上做了大量的有益的嘗試,圖4.我嘗試了一下，總體感覺還不錯，畢竟從無到有。相信二維一定能在性能上和成本上有所突破。
石墨烯復合材料是巨大的市場。有石墨烯、碳管要和金屬復合的，還有復合陶瓷的。防彈衣要提高抗拉強度、剪切模量，抗靜電、導電塑料、導電涂料要導電性、LED散熱、各種散熱器要提高導熱散熱性，這些都為石墨烯供應了廣闊的天地。高分子用途十分廣泛，天上飛的、地上跑的、水里游的都會用上高分子材料。各種字母組合在一起，眼花繚亂的就組成了各種高分子的名稱。石墨烯、碳管復合尼龍已經有賣。但其他高分子材料，公司石墨烯復合遇到了阻力。在微電子方面，石墨烯應用還沒有產業化的消息，在研究上面有些進展，各種剪切制備納米帶、戴宏杰研究組、宮建茹組的氮摻雜、石墨烯晶體管等，這些離產業化非常遙遠，例：圖5.2010年IBM1000GHZ石墨烯晶體管。
圖5.IBM1000GHZ的石墨烯晶體管
總之，石墨烯應用前景光明、市場巨大是未被開發的寶藏，只要我們在石墨烯應用上，多花些精力、少些炒作、多些靜心、少些浮躁，石墨烯行業一定能夠將康穩定的發展。
附錄：論石墨烯行業發展的三個階段
石墨烯行業發展要經過三個階段：石墨烯在實驗室階段、石墨烯在廠階段、石墨烯進入百姓家階段。
第一階段是石墨烯在實驗室階段。
這個階段的特點是石墨烯的制備和石墨烯的市場都在實驗室。研究人員最早成為石墨烯的消費者，向石墨烯的制備提出了微小制備規模。供應單位為毫克和克級。由于早期石墨烯的制備較為繁瑣，因此制備的任務也就由科研院所的研究人員承擔，形成了第一階段。
2010年，一些媒體說石墨烯價格4000-5000元/克，引起轟動。石墨烯這么值錢~!其實不是它值錢，而是它處于第一階段的早期，兩頭都在實驗室，所以貴。早期，質差價貴價格4000元/克，現在質優價廉200元/克(當然還要再低。)
第二階段是石墨烯在廠階段。
這個階段的特點石墨烯的生產和市場重要都在廠。在第一階段的基礎上，隨著石墨烯制備技術的提高，廠對石墨烯的興趣新增。也就是說石墨烯由科研院所實驗室走向廠的項目實驗室。石墨烯在廠的項目實驗室成熟之后，向石墨烯的制備提出了規模要求。這樣石墨烯的制備就有實驗室走向中試廠，從而達成石墨烯在廠的第二階段。
第三階段是石墨烯在百姓家階段。
石墨烯市場在廠之后，早期石墨烯被用于生產資料的生產，然后再到消費資料生產，最后形成石墨烯在百姓家階段，從而使千家萬戶能收益于石墨烯所帶來的便利。第三階段就是真正的石墨烯時代。
對我國石墨烯行業的回顧：
石墨烯行業發展階段不是嚴格的割裂開的，而是交替并存的。2004年到2009年，算是第一階段。從廠制備石墨烯來看，其中陳永勝老師的普蘭納米成立于2009年(這個是我國石墨烯行業開始邁向第二階段的標志)，第六元素、二維2011年，北京碳世紀2012年，寧波墨西2012年，蘇州格瑞豐2012年。雖然2009年就開始廠生產了，但是由于市場落后于制備，所以石墨烯制備的規模被制約。也就是出現制備規模虛假繁榮。因此，目前處于身子在第一階段，一只腳已經踏上了第二階段。
對目前我國石墨烯行業現狀的判斷及應對辦法：
目前我國石墨烯行業處于在第一階段，和將要進入第二階段的狀態。具體表現是制備規模遠遠大于市場規模。也就出現制備規模虛假繁榮的現象。普蘭納米3噸/年、墨西的400噸/年、格瑞豐30噸/年、六元素100噸、常州碳世紀2噸/年，加其他的在一起總共500~600噸/年，但是市場在哪里呢?
短時間應對辦法是，科研人員石墨烯實驗的重點，由其他方向轉為石墨烯應用方向。石墨烯生產公司，加強和下游公司合作，共同進行大量石墨烯應用的項目實驗。政府加大對石墨烯應用型實驗的資金、政策的支持。長期應對辦法，政府加大力度，打擊對專利的侵權行為和盜竊技術行為，以提高各公司對新技術的投資興趣。以免公司投入大量的財力、物力、時間所得到的技術，被侵權或者盜竊，以至于無法回收前期的投入，造成公司無法形成良性循環。只有防止這種情況，公司才能有興趣對石墨烯應用進行投入，得到石墨烯應用新技術，并以此新技術獲得回報，并有能力再投入，從而使石墨烯應用得到穩定的發展。
對我國石墨烯行業未來的預測：
未來5年內，我國石墨烯行業的任務是完成從第一階段進入第二階段，即制備和市場都在廠階段。最先石墨烯市場突破會出現在：石墨烯改性鋰電、石墨烯超級電容器、樹脂石墨烯復合材料、金屬石墨烯復合材料、石墨烯復合涂料等幾個方向。這幾個方向或其他方向，假如出現規模批量生產的產品，就算是開始進入第二階段。
最后我要說的是，我國石墨烯行業結構單一，大部分集中在粉體規模制備。在石墨烯電路、石墨烯芯片或者類似石墨烯結構的芯片的方面，都鮮有介入。不久的將來，硅即將退出，而石墨烯或者類似石墨烯結構新材料即將登臺的時候，我國假如喪失這個機遇，將會造成巨大的遺憾。
責任編輯：慧子
