“烯王”遭質疑 石墨烯工業化使用為什么如此困難？

　　今年7月，正如高溫的天氣，中國資本市場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品——“烯王”。東旭光電方面稱，通過測試，“烯王”充電用時15分鐘，其充電效率是普通充電產品的24倍，可在-30℃—80℃環境下工作，循環壽命高達3500次左右。

　　“‘烯王’的落地開啟了石墨烯在能源領域的應用時代。”東旭光電投資負責人、上海碳源匯谷董事長王忠輝表示：“該石墨烯技術是石墨烯在鋰電池應用史上的一次革命性突破，是石墨烯業界翹首以盼的真正的殺手級應用。”

　　消息一出，很快資本市場的一些“獵手們”聲稱，“烯王”的問世標志著中國誕生了真正意義上的石墨烯電池，代表著我國在石墨烯技術上已領先于世界別國，將帶來整個電池產業的變革。

　　關于石墨烯電池，“給智能手機充滿電只要幾秒鐘，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合中，人們時常可以聽到這樣的說法。

　　在全世界范圍內，這些年新能源汽車發展迅速，但目前，好的電動汽車充一次電至少需花2個小時，大約可跑300公里，而這已經是極高的效率了，更多的電動汽車充一次電則需要花3-4個小時甚至是更多的時間。石墨烯電池概念的出現，讓很多人看到了希望。因此有關石墨烯電池的任何風吹草動，都會在市場上引起很大的風浪。“烯王”落地，東旭光電的股價立刻就開啟暴漲模式，一周漲幅曾達40%。數據顯示，東旭光電在近20日的股價漲達60%左右。

　　1、目前制備石墨烯極其困難是學界共識

　　在回答這個問題之前，我們先來看看究竟什么是石墨烯。2004年，英國曼徹斯特大學的安德烈?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年諾貝爾物理學獎。這里的石墨烯，是由單層碳原子層構成的蜂窩狀晶格二維原子晶體，理論厚度僅為0.34納米，其具有優異的電學、熱傳導、阻隔性等材料性能，因此其在電池領域的應用被很多人看好，稱之為“材料之王”。

　　但實際上，學術界一直對石墨烯有個共同的看法，即目前制造石墨烯的成本過高并且技術方面并不完善，若要實現工業化應用現在還存在很大的困難。

　　比如要想獲得電學和機械性能都最佳的石墨烯樣品，依然需要依靠最費時費力費錢的手段——機械剝離法，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。盡管所需的設備和技術含量看起來都很低，但問題是成功率更低，弄點兒樣品做研究還可以，要是進行工業化生產，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價值。

　　2、號稱能量產的多為石墨微片或畸形圓環，并非真正的石墨烯

　　經過這些年的努力，盡管科學家們找到了一些能夠增加產量、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化低成本大規模推廣生產的技術。一些廠家宣稱可以量產百噸級別的石墨烯，其實量產出來的根本就不是真正的石墨烯物質。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的石墨微片。

　　在另外一個方面，就是用一些新的生產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，但在邊緣部分往往會被打亂，成為五元環或七元環。如果制成石墨烯產品，這些畸形環不但分布在邊緣，還存在于每“一片”在做出來的石墨烯內部，成為結構弱點、容易斷裂。

　　中國科學院院士、中國科學院物理研究所研究員高鴻鈞說，在實際應用中，只有沒有任何缺陷的石墨烯才具備強大特性。否則，整個石墨烯產品的強度要被大幅削弱。而事實上，也正是這樣的障礙，真正意義上的石墨烯電池大規模商業化生產目前為時尚早。

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

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

　　電子顯微鏡觀測下的石墨烯單層碳原子結構