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一文了解石墨烯市场现状及发展趋势

导读: 石墨烯具有极好的热导性能,是制造电池的理想候选材料。这种以碳为基础的物质在2003年首次被分离出来,所谓“超级材料”的硬度比钢还要强200倍。

  根据美国国家环保署(EPA)的评定,目前特斯拉Model S一次性充电续航里程至少可达265英里。尽管上述行驶距离不是特斯拉电动车的极限,但是相比传统动力汽车来说,其续驶里程还是相形见拙,因为传统动力汽车通常情况下的续驶里程可以达到500英里。

  但是,特斯拉创始人兼CEO Elon Musk表示,特斯拉准备将Model S、即将面世的ModelX跨界车以及平价电动车型Model3的性能再度升级。“我们汽车的续航里程将有可能突破500英里。实际上,我们的开发进度非常快,但是汽车价格可能会随之提升。不久的将来,特斯拉电动汽车的续驶里程有望再度提升。”他在接受英国汽车杂志的采访时说道。

  马斯克并没有透露这个计划的细节,但根据相关媒体报道,用石墨烯制造的“超级材料”有可能是特斯拉实现该计划的关键。

  它其实是从石墨材料中剥离出来、由碳原子组成的只有一层原子厚度的二维晶体。它具有极好的热导性能,是制造电池的理想候选材料。这种以碳为基础的物质在2003年首次被分离出来,所谓“超级材料”的硬度比钢还要强200倍。

  东旭光电发布世界首款石墨烯电池产品

  7月8日,东旭光电在京举办了石墨烯基锂离子电池产品发布会,推出了世界首款石墨烯基锂离子电池产品——“烯王”。该产品与普通电池相比不仅可在满足5C条件下,实现15分钟内快速充放电,而且可在-30~80℃环境下工作,循环寿命更高达3500次左右。

  韩国科学家最新发明的石墨烯超级手机电池

  锂电池传统制造强国是日本和韩国,在石墨烯电池上他们也正在抢夺技术先机。韩国科学家早在2014年11月就宣布,最新发明的石墨烯超级手机电池,可存储与传统电池等量的电量,但充电时间只需16秒。美国伦斯勒理工学院研究人员也预计,石墨烯阳极材料比如今锂离子电池中惯用的石墨阳极充电或放电速度快10倍。

  西班牙研发出了石墨烯电池

  2014年12月初,西方媒体报道,西班牙Graphenano公司和西班牙科尔瓦多大学合作研发的石墨烯电池,一次充电时间只需8分钟,可行驶1000公里。如果这一结果属实,那么毫无疑问电动汽车将完全颠覆传统汽油汽车,成为汽车的主力军。

  每当有一份关于石墨烯的突破性新闻出现时,总能在业内引起一片狂热之声,尤以电池领域为最。在这个时候,我们更应该冷静下来,知道石墨烯是什么、究竟能有什么效果,以及它目前面临的最大问题。

  石墨烯是21世纪最具颠覆性的新材料,借助“石墨烯+”战略平台,可以为一大批传统材料的性能提升与应用拓展提供有力支撑,同时衍生出一系列性能优异的新一代功能元器件,在诸多传统领域和新兴领域的应用都将引起相关行业革命性的变革,成为引领新一代工业技术革命的战略性新兴产业。目前,石墨烯行业正处于从技术向商业演变的关键时期,大规模应用即将到来。

  石墨烯是一种由碳原子紧密堆积构成的二维晶体,是英国曼彻斯特大学的安德烈˙海姆教授和康斯坦丁˙诺沃肖洛夫教授率先于2004年通过一种简单的方法从石墨中剥离得到了单层石墨烯。在目前得到的二维材料里,石墨烯厚度最薄、比表面积较大,是人类已知强度最高、韧性最好、重量最轻、透光率最高、导电性最佳的材料。正是由于这些优异的物理性能及巨大的应用前景,石墨烯的发现者于2010年获得了诺贝尔物理学奖。

  由于石墨烯特殊的结构,其也表现出许多其它材料不具有的特异性能。

  1.导电性极佳:石墨烯中载流子电子和空穴是连续的,迁移率可以到达1×105 cm2/Vs,电子的传输速度达到光速的1/300,大大超过了在一般金属导体和半导体中的传导速度,因而其拥有极好的导电性。

  2.超高透光率:单层石墨烯在很宽的波长范围内的吸光度仅为2.3%,也就是单层石墨烯的透光率达到97.7%,远远高于透明导电薄膜国际通用标准85%的要求。

  3.超高强度:石墨烯被发现是继碳纳米管之后具有最高弹性模量和强度的材料。其强度是世界上最好的钢强度的100倍,硬度比自然界中最硬的材料金刚石还高,同时又拥有极好的柔韧性,可以随意弯曲。

  4.超高热导率:和石墨、金刚石和碳纳米管相似,石墨烯也拥有非常高的热导率,自由态的单层石墨烯在室温下热导率可以达到5000 W/mK,是目前已知的导热率最高的材料。

  5.超大比表面积:由于石墨烯的厚度只有一个碳原子厚,因此单层石墨烯拥有超大的比表面积,可以达到2630 m2/g,远远大于普通活性炭的比表面积。

  如果单看这些属性,那么石墨烯简直表现完美。唯一不完美的,在于怎么能够大量制备。

  石墨烯制备技术

  石墨烯的出现在科学界激起了巨大的波澜,从 2006年开始,研究论文急剧增加,作为形成纳米尺寸晶体管和电路的“后硅时代”的新潜力材料,旨在应用石墨烯的研发也在全球范围内急剧增加,美国、韩国,中国、日本等国家的研究尤其活跃。

  目前众多国际大牌厂商如陶氏化学、三星、IBM以及苹果等都在积极推进石墨烯产业化的研究,从2004年至今,国际上关于石墨烯的专利申请已经达到了几千项,主要在石墨烯的制备、能源领域的应用、显示技术方面的应用、石墨烯纳米材料以及石墨烯复合材料等方面。但全球范围内都没有实施大规模量产的先例,这主要是由于还没有找到一种适合大规模生产的方法和途径,同时这也是石墨烯成本一直居高不下的原因。

  目前石墨烯主要的制造方法包括五种,分别是:机械剥离法、气相沉积法(CVD法)、SiC热分解法、氧化还原法等。其中最接近实际生产应用的是气相沉积法。

【干货】一篇文章全面读懂石墨烯

石墨烯制备方法对比

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