石墨烯電池“烯王”遭質(zhì)疑，到底是怎么回事？

　　‘烯王’的落地開(kāi)啟了石墨烯在能源領(lǐng)域的應(yīng)用時(shí)代?！睎|旭光電投資負(fù)責(zé)人、上海碳源匯谷董事長(zhǎng)王忠輝表示：“該石墨烯技術(shù)是石墨烯在鋰電池應(yīng)用史上的一次革命性突破，是石墨烯業(yè)界翹首以盼的真正的殺手級(jí)應(yīng)用?！?/p>

　　消息一出，很快資本市場(chǎng)的一些“獵手們”聲稱(chēng)，“烯王”的問(wèn)世標(biāo)志著中國(guó)誕生了真正意義上的石墨烯電池，代表著我國(guó)在石墨烯技術(shù)上已領(lǐng)先于世界別國(guó)，將帶來(lái)整個(gè)電池產(chǎn)業(yè)的變革。

　　關(guān)于石墨烯電池，“給智能手機(jī)充滿電只要幾秒鐘，新能源車(chē)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(chǎng)合中，人們時(shí)?？梢月?tīng)到這樣的說(shuō)法。

　　在全世界范圍內(nèi)，這些年新能源汽車(chē)發(fā)展迅速，但目前，好的電動(dòng)汽車(chē)充一次電至少需花2個(gè)小時(shí)，大約可跑300公里，而這已經(jīng)是極高的效率了，更多的電動(dòng)汽車(chē)充一次電則需要花3-4個(gè)小時(shí)甚至是更多的時(shí)間。石墨烯電池概念的出現(xiàn)，讓很多人看到了希望。因此有關(guān)石墨烯電池的任何風(fēng)吹草動(dòng)，都會(huì)在市場(chǎng)上引起很大的風(fēng)浪。“烯王”落地，東旭光電的股價(jià)立刻就開(kāi)啟暴漲模式，一周漲幅曾達(dá)40%。數(shù)據(jù)顯示，東旭光電在近20日的股價(jià)漲達(dá)60%左右。

　　1、目前制備石墨烯極其困難是學(xué)界共識(shí)

　　在回答這個(gè)問(wèn)題之前，我們先來(lái)看看究竟什么是石墨烯。2004年，英國(guó)曼徹斯特大學(xué)的安德烈？蓋姆和康斯坦?。恐Z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(xué)獎(jiǎng)。這里的石墨烯，是由單層碳原子層構(gòu)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(yōu)異的電學(xué)、熱傳導(dǎo)、阻隔性等材料性能，因此其在電池領(lǐng)域的應(yīng)用被很多人看好，稱(chēng)之為“材料之王”。

　　英國(guó)曼徹斯特大學(xué)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(xué)獎(jiǎng)

　　但實(shí)際上，學(xué)術(shù)界一直對(duì)石墨烯有個(gè)共同的看法，即目前制造石墨烯的成本過(guò)高并且技術(shù)方面并不完善，若要實(shí)現(xiàn)工業(yè)化應(yīng)用現(xiàn)在還存在很大的困難。

　　比如要想獲得電學(xué)和機(jī)械性能都最佳的石墨烯樣品，依然需要依靠最費(fèi)時(shí)費(fèi)力費(fèi)錢(qián)的手段——機(jī)械剝離法，即用膠帶粘到石墨上，手工把石墨烯離析出來(lái)。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(shè)備和技術(shù)含量看起來(lái)都很低，但問(wèn)題是成功率更低，弄點(diǎn)兒樣品做研究還可以，要是進(jìn)行工業(yè)化生產(chǎn)，這樣的手段毫無(wú)用途，就是掌握了全世界的石墨礦也沒(méi)有任何商業(yè)價(jià)值。

　　2、號(hào)稱(chēng)能量產(chǎn)的多為石墨微片或畸形圓環(huán)，并非真正的石墨烯

　　經(jīng)過(guò)這些年的努力，盡管科學(xué)家們找到了一些能夠增加產(chǎn)量、又能夠降低成本的石墨烯制造方法，但是迄今為止還沒(méi)有真的能適合工業(yè)化低成本大規(guī)模推廣生產(chǎn)的技術(shù)。一些廠家宣稱(chēng)可以量產(chǎn)百?lài)嵓?jí)別的石墨烯，其實(shí)量產(chǎn)出來(lái)的根本就不是真正的石墨烯物質(zhì)。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(shù)的石墨微片。

　　在另外一個(gè)方面，就是用一些新的生產(chǎn)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(huán)，但在邊緣部分往往會(huì)被打亂，成為五元環(huán)或七元環(huán)。如果制成石墨烯產(chǎn)品，這些畸形環(huán)不但分布在邊緣，還存在于每“一片”在做出來(lái)的石墨烯內(nèi)部，成為結(jié)構(gòu)弱點(diǎn)、容易斷裂。

　　中國(guó)科學(xué)院院士、中國(guó)科學(xué)院物理研究所研究員高鴻鈞說(shuō)，在實(shí)際應(yīng)用中，只有沒(méi)有任何缺陷的石墨烯才具備強(qiáng)大特性。否則，整個(gè)石墨烯產(chǎn)品的強(qiáng)度要被大幅削弱。而事實(shí)上，也正是這樣的障礙，真正意義上的石墨烯電池大規(guī)模商業(yè)化生產(chǎn)目前為時(shí)尚早。

　　北京有色金屬研究總院高級(jí)工程師、清華大學(xué)博士劉冠偉在接受北京科技報(bào)采訪時(shí)表示，即便是現(xiàn)在有企業(yè)宣稱(chēng)有新的石墨烯產(chǎn)品問(wèn)世了，石墨烯在這種產(chǎn)品中也多是扮演添加劑的角色，其在電池領(lǐng)域也不例外。

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

　　3、東旭光電公布的“烯王”參數(shù)真實(shí)性有待檢測(cè)

　　石墨烯電池又被稱(chēng)之為超級(jí)電池，按照一些科學(xué)家們的設(shè)想，其應(yīng)該是利用石墨烯材料打造的全新形態(tài)的電池。但是因?yàn)榧夹g(shù)實(shí)現(xiàn)的困難，目前國(guó)際上并沒(méi)有取得太大的進(jìn)展。這些年中國(guó)也并沒(méi)有從全新體系下研發(fā)石墨烯電池，目前主流的設(shè)想是利用石墨烯改造現(xiàn)有的鋰電子電池，東旭光電推出的“烯王”也是這種思路下的產(chǎn)物。

　　正如專(zhuān)家所分析的，為了避免外界的非議和質(zhì)疑，東旭光電自身的確沒(méi)有將“烯王”直接稱(chēng)之為石墨烯電池，市場(chǎng)上盛傳的概念主要是來(lái)自資本市場(chǎng)及外界的炒作。

　　盡管東旭光電方面也公布了“烯王”的一些參數(shù)。但是有業(yè)界人士表示，參數(shù)的真實(shí)性還有待檢測(cè)。中國(guó)科學(xué)院物理研究所固態(tài)離子學(xué)課題組組長(zhǎng)黃學(xué)杰教授說(shuō)，電池電性能主要有：比能量、能量密度、充放電倍率、循環(huán)壽命、日歷壽命、安全性、自放電率、工作溫度范圍等，可以根據(jù)不同的應(yīng)用需求進(jìn)行設(shè)計(jì)。而東旭光電在發(fā)布會(huì)上只提到了充放電倍率、壽命、工作溫度范圍等三個(gè)參數(shù)，這種單獨(dú)提出幾個(gè)參數(shù)的討論方法一般適用于科研論文，如果作為產(chǎn)品，就必須就電池性能的所有參數(shù)展開(kāi)討論。

　　“由于他們公布的參數(shù)不全，電池的能量密度究竟是多少，還無(wú)法判斷，電池的性能究竟怎么樣目前也不好做出評(píng)價(jià)。”劉冠偉表示。

　　在一些研究石墨烯的行業(yè)人士看來(lái)，“烯王”這樣的石墨烯基鋰電池實(shí)際上就類(lèi)似于一個(gè)充電寶，或許能提高充放電速度，但對(duì)于電池的容量并沒(méi)有什么改觀。并沒(méi)有取得革命性的突破。

　　4、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)难芯繖C(jī)構(gòu)發(fā)表論文時(shí)不敢輕言”石墨烯電池”

　　中國(guó)科學(xué)院物理研究所固態(tài)離子學(xué)課題組組長(zhǎng)黃學(xué)杰教授認(rèn)為，目前在正極里添加少量石墨烯可以增加正極的電子電導(dǎo)而改善電池的放電倍率特性，但一般添加量不到百分之一，不能說(shuō)加了一點(diǎn)石墨烯的鋰離子電池就變成了石墨烯電池。

　　更何況目前的石墨烯電池只是被添加了一些被稱(chēng)之為多層石墨烯的石墨片層成分而已。從理論上而言，單層石墨烯導(dǎo)電性最好，用于電池充電時(shí)間短，而層數(shù)越多導(dǎo)電性越差，用于電池充電時(shí)間越長(zhǎng)。目前幾乎沒(méi)有企業(yè)敢聲稱(chēng)自己是使用單層石墨烯造出了電池，更多的使用的只是石墨烯的混合物，確切地說(shuō)是含有少量石墨烯成分的細(xì)小的多層石墨微片。

　　就是一些嚴(yán)謹(jǐn)?shù)难芯繖C(jī)構(gòu)在發(fā)表權(quán)威論文時(shí)也不敢輕易用石墨烯電池的說(shuō)法。2015年12月中旬，中科院上海硅酸鹽所的研究團(tuán)隊(duì)在《科學(xué)》上發(fā)文指出，其研制出一種高性能超級(jí)電容器電極材料，一些媒體盛贊：“該材料具有極佳的電化學(xué)儲(chǔ)能特性，可用作電動(dòng)車(chē)的‘超強(qiáng)電池’，這種電池的最大亮點(diǎn)就是充電7分鐘，行駛35公里?！倍笫╇姵馗拍畋槐?。但上海硅酸鹽所的官方網(wǎng)站給出的消息是：“中國(guó)科學(xué)院上海硅酸鹽研究所研究員黃富強(qiáng)帶領(lǐng)的研究團(tuán)隊(duì)與北京大學(xué)、美國(guó)賓夕法尼亞大學(xué)的科研人員合作，合成了一種有序介孔（中孔之意）少層碳的新型材料?！辈⑶摇犊茖W(xué)》雜志上的這篇論文也沒(méi)有提到石墨烯，而是碳材料。

　　據(jù)了解，黃富強(qiáng)在投稿過(guò)程中一直采用“介孔石墨烯”的名稱(chēng)，最后出版時(shí)改用少層碳。他們認(rèn)為，外界將其超級(jí)電容器稱(chēng)作電池也不妥當(dāng)。事實(shí)上，超級(jí)電容器確實(shí)并非電池，而是介于二次電池和傳統(tǒng)電容器之間的一種電化學(xué)儲(chǔ)能裝置。但是現(xiàn)在人常?；煜娙萜髋c電池的概念，把現(xiàn)在利用石墨烯或者石墨多層微片制造的電容器當(dāng)成了電池，國(guó)內(nèi)外制造的超級(jí)電容器當(dāng)成了超級(jí)電池。

　　5、炒作”石墨烯電池”概念其噱頭意義遠(yuǎn)大于實(shí)用價(jià)值

　　在學(xué)術(shù)界看來(lái)，目前所熱炒的石墨烯電池還是一個(gè)偽概念，目前所標(biāo)榜的石墨烯電池并不存在。中國(guó)有數(shù)十家上市公司布局石墨烯動(dòng)力電池領(lǐng)域，然而真正拿得出可以大規(guī)模量產(chǎn)裝機(jī)產(chǎn)品的幾乎沒(méi)有。并且就是在世界范圍內(nèi)，目前能夠規(guī)?；a(chǎn)的石墨烯電池也沒(méi)有。

　　在劉冠偉看來(lái)，現(xiàn)在很多公司炒作這個(gè)概念其噱頭意義遠(yuǎn)大于實(shí)用價(jià)值。他甚至表示，石墨烯材料本身具有的納米材料的高比表面積等性質(zhì)與現(xiàn)在的鋰離子電池工業(yè)的技術(shù)體系也不兼容，因此應(yīng)用的希望十分渺茫。

　　即使有石墨烯超級(jí)電池出現(xiàn)，相信這幾分鐘的充電功率會(huì)大到目前沒(méi)有任何電壓設(shè)備、電纜線能夠承受住如此電壓

　　據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，目前全球已有近300家公司涉足石墨烯研究，包括IBM、英特爾、美國(guó)晟碟、陶氏化學(xué)、通用、杜邦等。其中，三星、IBM、東芝、韓國(guó)科學(xué)技術(shù)研究所、韓國(guó)成均館大學(xué)等企業(yè)和高校具有較高競(jìng)爭(zhēng)力。但是大部分企業(yè)并沒(méi)有在石墨烯電池領(lǐng)域予以布局，相關(guān)的專(zhuān)利也十分有限，他們大都布局在柔性器件半導(dǎo)體顯示屏等方面。

　　劉冠偉認(rèn)為，在實(shí)驗(yàn)室做出一個(gè)快充的小電池很容易，但是要讓它走出實(shí)驗(yàn)室，實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)，中間需要解決很多的問(wèn)題。例如對(duì)于“充電8分鐘，行駛1000公里”的描述。某不愿具名的國(guó)內(nèi)新能源車(chē)企技術(shù)總監(jiān)認(rèn)為，即使有這樣的電池出現(xiàn)，相信這幾分鐘的充電功率會(huì)大到目前沒(méi)有任何電壓設(shè)備、電纜線能夠承受住如此電壓。

　　因此，目前石墨烯在電池上的應(yīng)用，主要是和硅結(jié)合在電池負(fù)極里面代替原來(lái)的石墨，這樣可以多吸帶電荷，提升電池的導(dǎo)電率，減少充放電的電阻，性能提升效果也就僅限如此。事實(shí)上，在新能源電池領(lǐng)域，石墨烯電池所謂的顛覆性理論從未得到業(yè)內(nèi)人士的認(rèn)可。盡管石墨烯可以做導(dǎo)電劑，促進(jìn)鋰電池快速充放，理論上能提高倍率性能，但若分散工藝不到位，混料不均，仍難以發(fā)揮效用。

　　根據(jù)目前的發(fā)展態(tài)勢(shì)，劉冠偉認(rèn)為在新型柔性電池、器件、顯示、催化劑方面，石墨烯可能是有前景的。但是在蓄電池方面，他并不看好。

　　即使有石墨烯超級(jí)電池出現(xiàn)，相信這幾分鐘的充電功率會(huì)大到目前沒(méi)有任何電壓設(shè)備、電纜線能夠承受住如此電壓

　　6、石墨烯太貴，即使制成電池，普通消費(fèi)者也難以承受

　　劉冠偉說(shuō)，在鋰電池中應(yīng)用，石墨烯主要起到的作用，一是導(dǎo)電劑，二是可能做電極嵌鋰材料。其實(shí)，這兩點(diǎn)，都是在和傳統(tǒng)的導(dǎo)電碳/石墨競(jìng)爭(zhēng)?！澳敲磫?wèn)題來(lái)了，你知道導(dǎo)電碳/石墨多便宜么？都是論噸賣(mài)的，論克賣(mài)的石墨烯哪天能降到這個(gè)價(jià)？現(xiàn)在鋰電池用的各種材料，都是一噸幾萬(wàn)、十萬(wàn)左右的東西，而且天天承受著要求降價(jià)的壓力，用石墨烯完全不現(xiàn)實(shí)?！?這主要是石墨烯太貴。一克上千的價(jià)格，這不是一般企業(yè)能夠承受得了的。而數(shù)年前，石墨烯的價(jià)格曾高達(dá)每克5000元，遠(yuǎn)超黃金價(jià)格。另外，就是這樣的電池造出來(lái)了，消費(fèi)者也難以承受。

　　2016年4月，東旭光電收購(gòu)上海碳源匯谷50.5%的股權(quán)，成為上海碳源匯谷的控股股東。公開(kāi)資料顯示，這是一家專(zhuān)注于石墨烯規(guī)?；苽?、應(yīng)用技術(shù)開(kāi)發(fā)的企業(yè)，在單層氧化石墨烯以及石墨烯的制備、分離和純化技術(shù)與工藝方面均取得了突破性進(jìn)展，規(guī)?；墒故┊a(chǎn)品制備成本大幅降低。

　　不過(guò)即使是這樣，石墨烯的價(jià)格依舊不低，“購(gòu)買(mǎi)的價(jià)格主要看你是做什么用，如果只需少量購(gòu)買(mǎi)，價(jià)格是600元/克，需要的規(guī)模大的話，可以降低到幾十元。”8月7日下午，上海碳源匯谷一位姓魏的銷(xiāo)售人員對(duì)記者表示?？蓭资靠说膬r(jià)格依舊在市場(chǎng)缺乏競(jìng)爭(zhēng)力?！跋┩酢弊鳛闁|旭光電自身的產(chǎn)品，盡管石墨烯的原料供應(yīng)成本可以更低一些，但也不會(huì)低到那里去，在采訪中魏姓銷(xiāo)售人員已經(jīng)否認(rèn)了他們真實(shí)成本只有幾元的說(shuō)法，“這樣的說(shuō)法根本就不是從我們這里流傳出去的。”他說(shuō)。這意味著用石墨烯作為電池材料的“烯王”未來(lái)必然要面臨成本的考驗(yàn)。

　　上海交通大學(xué)微納科學(xué)與技術(shù)研究院研究員、博士生導(dǎo)師魏良明表示，即便是做負(fù)極材料，現(xiàn)在業(yè)內(nèi)更傾向于使用硅，因?yàn)橐环矫婀璧睦碚撊萘坎⒉槐仁┑?，另一方面是硅的價(jià)格相對(duì)石墨烯而言要低得多。

　　近年來(lái)，有一些企業(yè)宣稱(chēng)實(shí)現(xiàn)了量產(chǎn)，石墨烯價(jià)格甚至下降到每克3-5元，但據(jù)行業(yè)內(nèi)人士的說(shuō)法，現(xiàn)在宣稱(chēng)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)的石墨烯并非真正單層的石墨烯，而大多是晶格缺陷較高、多層堆疊的石墨微片產(chǎn)品，只能保持石墨烯部分特性。

　　7、市場(chǎng)上大量膨脹石墨、石墨微片魚(yú)目混珠

　　而在我國(guó)之所以有眾多的企業(yè)加入到生產(chǎn)石墨烯電池的大軍中，其與主要是使用的是石墨烯粉體有很大的關(guān)系。目前在石墨烯產(chǎn)品的產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)方面，有兩個(gè)重要的方向：一個(gè)是石墨烯膜，一個(gè)是石墨烯粉。石墨烯膜的工業(yè)化生產(chǎn)起點(diǎn)高、技術(shù)要求強(qiáng)，一般的企業(yè)難以涉足。但是對(duì)石墨烯粉而言，卻有很大的操作空間。

　　因此，石墨烯粉體成為偽石墨稀概念和資本炒作的重災(zāi)區(qū)，除了嚴(yán)格意義上的石墨烯外，大量膨脹石墨、石墨微片在其中魚(yú)目混珠。由于更薄且層數(shù)小于10個(gè)原子層的石墨微片具有石墨烯的某些特性，因此添加到電池中，會(huì)改善電池的一些性能，不明就里的人就會(huì)以為這是石墨烯在發(fā)揮作用了。

　　就是按照中國(guó)石墨烯產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟的標(biāo)準(zhǔn)，只有達(dá)到10個(gè)原子層以下的石墨粉體，才能被稱(chēng)為石墨烯粉體。然而，概念是一回事，實(shí)際是另一回事。企業(yè)向原有材料中添加石墨烯粉體，原子層數(shù)結(jié)構(gòu)為5層還是10層，或者是更多層數(shù)的石墨微片，如果不是使用專(zhuān)業(yè)儀器，外人根本就不知道電池里面填的究竟是什么東西，企業(yè)添加的粉體到底是不是石墨烯無(wú)人知曉。

　　其次，粉體中含有5-10層石墨粉體的比例是90%還是只有10%？其中雜質(zhì)含量又是多少？什么是合格產(chǎn)品？目前也連行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)都沒(méi)有，各企業(yè)只能憑良心生產(chǎn)。最后，在應(yīng)用時(shí)，企業(yè)到底添加了多少石墨烯粉體用于改善性能？產(chǎn)品性能究竟提高了多少，是90%、 50%、還是5%？其中多少性能的提高是因?yàn)槭窟@些卻都還是一個(gè)糊涂賬。

　　由于目前沒(méi)有國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，這***府迫切希望打造石墨烯產(chǎn)業(yè)，拉動(dòng)投資，也對(duì)這個(gè)產(chǎn)業(yè)起到了推波助瀾的作用。

　　最近，有市場(chǎng)分析人士聲稱(chēng)，目前我國(guó)石墨烯產(chǎn)品和高效蓄電池項(xiàng)目完整產(chǎn)業(yè)鏈已經(jīng)形成，實(shí)際上，當(dāng)前我國(guó)石墨烯材料正處于從實(shí)驗(yàn)室走向產(chǎn)業(yè)化的關(guān)鍵時(shí)期，受生產(chǎn)技術(shù)成熟度不高、產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用路徑長(zhǎng)等因素制約，石墨烯批量化生產(chǎn)尚未完全實(shí)現(xiàn)。有人認(rèn)為，這個(gè)過(guò)程沒(méi)有實(shí)現(xiàn)，就說(shuō)我們的石墨烯電池已經(jīng)可以實(shí)現(xiàn)大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)完全是癡人說(shuō)夢(mèng)。

　　因此，一些清醒和業(yè)界人士認(rèn)為，說(shuō)中國(guó)誕生了石墨烯電池，為時(shí)尚早。