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石墨烯在新能源领域应用前景如何?听听其他大咖怎么说

作者:桂林清研皓隆新材料有限公司 浏览: 发表时间:2020-11-26 10:28:16 来源:https://www.sohu.com/a/131456195_131990

北极星储能网讯:随着新能源汽车行业的蓬勃发展,锂离子电池的里程焦虑问题已经成为难以言说的痛。石墨烯出现给动力电池性能提升带来了希望,去年至今,东旭光电、华为、航材院和碳世纪等公司相继发布石墨烯电池产品,在行业内引起了很大关注和争议。关于石墨烯在新能源领域的前景,虽然存在着很多问题,但前景可期。

在3月29日举办的”石墨烯+新能源“主题研讨会 上,东旭光电科技股份有限公司副总经理王忠辉、中航发北京航材院高级工程师燕绍九、北京碳世纪科技有限公司CTO徐亭、山东欧铂新材料有限公司研发总监赵永彬、宁波中车新能源超级电容研究所副所长郑超等5位嘉宾参加了“畅想石墨烯在新能源领域的美好前景”主题论坛上,就石墨烯概念和定义、石墨烯在新能源领域应用的挑战和前景等热点问题各抒己见,畅所欲言,发表了各自的看法。我们一起去听听他们的看法。

到底如何理解”石墨烯+新能源“概念?

中国航发北京航空材料研究院高级工程师燕绍九博士

石墨烯和新能源,我认为他们两者之间的结合是非常好的。因为我们单位(中航发北京航材院)的性质是军工单位,所以我们最开始做石墨烯相关研究的时候,关注的军工领域,比如将石墨烯加到铝合金里,加到高温合金里,还有一些雷达隐身材料等方面的应用。后来转型到民用领域,能源和环境,是两个永恒的话题,也是目前迫切需要解决的两个主要的问题。北京的雾霾这么严重,化石能源比如燃煤带来的污染是其中很大的成因,所以新能源的开发势在必行。后来我们的研究方向也开始石墨烯新能源方向的应用转变,这方面有非常多的工作值得我们去踏踏实实做。比如与锂硫电池结合,通过石墨烯的加入,解决硫的一些导电性差、容易融到电解液里等问题。

石墨烯还有一个非常重要的应用就是在传统的锂电池上的应用。锂电池很多原材料和石墨烯一样,属于纳米材料,像正极、负极原材料都是粉体,需要打成浆料,涂到正极负极上去。碳纳米材料本身已经是很成熟的锂电池导电剂,在不改变原有装备的情况下,可以用石墨烯去替代原有的导电剂实现对电池的性能的提升。石墨烯在锂电池及锂硫电池中的应用我们已经也做了一些工作,希望大家能够把握住这么好的方向,我们需要付出更多的努力,为我们的能源环境做点自己力所能及的事情。就这些,谢谢。

宁波中车新能源科技有限公司超级电容研究所副所长郑超博士

大家下午好!我叫郑超,来自于宁波中车新能源,主要挂靠在超级电容器研究所,主要负责石墨烯超级电容单体的研发工作。

其实在石墨烯出现之前,新能源技术已经发展了很多年,比如锂电池、锂硫电池、超级电容器等等,有很多已经是很成熟的行业。现在石墨烯出现了,大家知道石墨烯有非常多的优异特性,我们希望把它的特性充分发挥,跟新能源很好的结合起来,把这个东西做的更极致。

我在清华读博士时做超级电容器碳材料,希望把碳材料应用到超级电容器里面,替代活性炭,能提升它的能量密度。后来也在做石墨烯超级电容器,所有的目的就是一点,希望利用石墨烯优异的特性,替代传统商用的活性炭材料,提升超级电容器的性能。目前形势是非常好的,目前,在轨道交通方面中车做了很多推广工作,下游应用做的很好。只是对上游石墨烯原料提出的要求越来越苛刻了。我们测试过世界上很多不同产地的石墨烯材料,中国在石墨烯低成本,规模化制备方面是走在世界前列的。这个基础是很好的。现在需要我们把上游和下游紧密结合起来,我特别呼吁下,希望能借助产业联盟形成一个很好的纽带作用,上下游结合,把这个领域做的更好。谢谢!

东旭光电科技股份有限公司副总经理王忠辉

石墨烯+新能源可以说是当前非常热的一个概念。石墨烯无论是和锂电池的结合还是和超级电容器的结合,都是属于和新能源的结合。但是,新能源这个概念非常广泛,除了锂电池,除了超级电容器之外,还有很多。比如石墨烯在提升太阳能电池的光电转换效率方面也有很好的应用价值前景。石墨烯涂料在风力发电装置当中也可以扮演非常好的一个角色。此外,最近雾霾越来越严重,这个问题怎么解决?一方面可能要通过新能源汽车这样的方式来去处理,去解决,另一方面,锅炉的燃煤,以及农村取暖散煤的燃烧,也是造成空气质量恶化非常重要的原因。国家在这种背景下提出了“煤改电“的战略,在这个战略背景下,利用石墨烯电热性质的一些电取暖产品,也是新能源的具体表现。

除此之外, LED也可以认定为新能源,在LED器件和模组当中,石墨烯可以起到很好的散热作用。石墨烯和新能源的结合真的是太广泛了,只不过大家一看到石墨烯+新能源,最直接想到的是石墨烯电池,但是事实上它的范围真的非常广。我对整个石墨烯+新能源的未来也是充满期待的,我觉得在这些领域,通过大家的努力,通过时间的积淀,一定会取得丰硕的成果。谢谢大家!

山东欧铂新材料有限公司研发总监赵永彬博士

我简单谈一下我对石墨烯+恩新能源的一些想法,在谈之前,我想和大家探讨两个问题。

第一,什么是石墨烯?这个问题我觉得可能更加学术一点,也可能更基础一点。很多科研界人士认为只有单层石墨烯才叫石墨烯,那么多层石墨烯到底叫什么?最近我们也和石墨烯产业联盟的标委会沟通过很多次。他们也在尝试着把学术的石墨烯和产业化的石墨烯的概念如何协同起来。比如我们可以认为,单层石墨烯叫石墨烯,一层到十层之间有人说叫多层石墨烯,有人说叫石墨烯材料。超过十层以后,我们又要叫什么?可能叫石墨烯微片。石墨烯随着层数的增加,它的很多优异的性质比如比表面积是在下降的。济宁利特纳米的侯士峰博士有个比喻,如果石墨是一本很厚很厚的书,那么石墨烯就是是其中一张纸,如何把这张纸真正利用起来,是需要在座的所有的同行们去思考的问题。

第二,如何把真正的石墨烯和新能源结合起来?现在市场上有很多石墨烯产品比如,一石墨烯电池、石墨烯内衣等等,类似的产品很多。但是,这些产品里面石墨烯里面到底是什么概念?石墨烯电池是不是100%都是石墨烯?或者它的负极材料全是石墨烯,如果不是,它应该叫什么?还有一个说法,我们做超级电容器,有用到三维石墨烯,来研究它的超电性能。但是在这种形态下,它还是不是石墨烯?这也是需要我们去思考的。

我们一直在做石墨烯改性的活性炭研究,应用在超级电容器上,同时也做了一些石墨烯改性的防腐涂料。我们做了很多石墨烯改性的产品,但是其中石墨烯添加量是很少的,也许就百分之几,甚至千分之几,大概在这个量级内。如果石墨烯做负极(取代理论容量360mAh/g的石墨):理论上最多是石墨负极两倍的容量(720mAh/g)它和硅材料4200mAh/g比,差距很大。另外,石墨烯的堆积密度非常小,我们把石墨东撑开变成石墨烯很容易,但是再想压缩是非常困难的。更多的时候我们需要思考如何去利用石墨烯真正的特性,去解决目前新能源电池的本质问题。

从个人角度来看,我认为石墨烯+新能源未来的发展方向是非常好的,需要我们共同努力,把这个方向做起来,把这个行业做起来。这是我们真正的大家需要共同努力的地方,以上的观点仅代表个人观点。谢谢大家!

北京碳世纪科技有限公司CTO徐亭博士

我想从技术角度谈谈石墨烯和新能源的关系,新能源其实比较好理解,很多石墨烯的产品不太好理解,石墨烯在新能源领域的应用,在我们想象中就是改性超级电容器和锂离子电池的正极或者负极材料。在超级电容器中可能就是石墨烯和活性炭混合,提升它的储能特性。在锂离子电池中就不一样了,不是一个简单的混合,说是石墨烯包覆它也好,说是晶体材料长在石墨烯上也好,都可以,但绝对不是简单的混合。超级电容器和锂离子电池之间有没有什么相近的地方呢?其实是有的。为什么呢?因为我们做石墨烯,做的是基础材料,这个电池和电容最基础的是什么?是涂布工艺。特别是钛酸锂材料的出现,由于它优异的性能,实际也可以用在超级电容器里面,替代传统的活性炭材料。这方面都是相通的,技术方面越基础越是相通的,这是我对石墨烯+新能源的一个理解。



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