近日,韓國研究團隊研發(fā)出能快速充放電且運用1萬次以上也不會出現(xiàn)容量損失的鋰離子電池陰極材料。據(jù)介紹,石墨烯作為上述材料的重要“成員”,能助力電池快速充電。比如一塊采用了上述材料的鋰電池,充電20秒,即可達到智能手機的電池容量,效率可謂驚人。
這是神奇材料石墨烯取代原有材料發(fā)揮高效性能的典型案例。基于石墨烯的超強替代性能,各國都在不遺余力推動石墨烯產業(yè)化發(fā)展,我國也不例外。同時,受多種因素干擾,石墨烯產業(yè)發(fā)展前景值得期待,但其產業(yè)化難度極高,亟待改善。
政策利好 國內石墨烯發(fā)展初見規(guī)模
近年,我國政策頻繁利好石墨烯領域。
2012年工信部發(fā)布《新材料產業(yè)“十二五”發(fā)展規(guī)劃》,首次明確提出支持石墨烯新材料發(fā)展;
2014 年11月,我國發(fā)布的《關鍵材料升級換代工程》提出到2016 年實現(xiàn)石墨烯的批量穩(wěn)定生產和規(guī)?;瘧?
2015年,《關于加快石墨烯產業(yè)創(chuàng)新發(fā)展的若干意見》、《《中國制造2025》重點領域技術路線圖》等發(fā)布,對石墨烯產業(yè)化提出了發(fā)展目標與具體要求;
2016年恰逢“十三五”開局之年,業(yè)界預測石墨烯進入《新材料產業(yè)“十三五”重點產品目錄》應無懸念。
受益于政策紅包,我國石墨烯發(fā)展初見成效,主要體現(xiàn)在技術和產業(yè)規(guī)模上。
技術研究方面,2011年,國內與石墨烯有關的論文為278篇,2012年為494篇,2013年為718篇,2014年上升至914篇,2015年為1239篇;技術專利上。目前我國在國際上已經(jīng)申請2200多項石墨烯專利技術,約為全球石墨烯專利技術的三分之一。
產業(yè)規(guī)模上,我國形成了以江蘇省(常州、無錫、南京等地)為中心,寧波、青島、重慶、德陽、河北、北京等地活躍分散發(fā)展的格局。產業(yè)鏈中,下游公司居多。目前,我國石墨烯產業(yè)已經(jīng)有超過50 家的制備及相關應用開發(fā)企業(yè),目前市場競爭也主要集中在石墨烯規(guī)?;苽浼夹g以及與下游商業(yè)化應用對接兩方面。
產業(yè)化困境:工藝水平與利潤作祟
目前,全球范圍內還沒有一家企業(yè)實現(xiàn)真正石墨烯及其衍生品的產業(yè)化,國內企業(yè)中除了兩家企業(yè)實現(xiàn)了應用于LED行業(yè)的石墨烯產品的小規(guī)模生產外,其余研究機構及企業(yè)均只能小批量生產,產品也主要用于研究機構的研究。
國內石墨烯產業(yè)處于初級發(fā)展階段,工藝水平不高、企業(yè)難以獲利是阻礙石墨烯產業(yè)化發(fā)展的兩大因素。
工藝上來看,如何批量化地制備大面積、穩(wěn)定性好、高質量的石墨烯是難點之一,目前整個行業(yè)仍處于產品研發(fā)階段,只有少數(shù)企業(yè)能夠大規(guī)模制備高質量石墨烯,行業(yè)層面的不良率影響了下游的應用推廣。
利潤方面,石墨烯獲取成本仍舊高企,而應用市場尚未完全打開,這使得石墨烯公司難以穩(wěn)定獲取利潤,自然規(guī)模不顯(見下圖)。未來這些企業(yè)需要整合好上下游產業(yè)鏈,降低成本并提高銷售。
國內石墨烯相關企業(yè)獲利困難(單位:百萬)
三招發(fā)力 石墨烯產業(yè)千億元規(guī)??善?/strong>
根據(jù)《《中國制造2025》重點領域技術路線圖》的要求,2020年石墨烯需要形成百億產業(yè)規(guī)模,2025年整體產業(yè)規(guī)模突破千億,為實現(xiàn)這一發(fā)展目標,我國石墨烯產業(yè)應該在以下方面取得突破:
其一,提高技術,讓石墨烯材料能夠應用在更多的下游產品和領域中。未來,石墨烯器件有望替代互補金屬氧化物半導體(CMOS)器件,在納米電子器件,光電化學電池、超輕型飛機材料等研究領域得到應用。
其二,主攻消費類電子產品。石墨烯制備水平和應用技術水平的發(fā)展是相輔相成的,以目前的發(fā)展水平看,電子元件領域的應用對石墨烯的質量和技術要求最高,也最難以實現(xiàn),我們預計其應用在10年左右;石墨烯在消費電子類的應用主要需克服制備技術的難關,這也是目前石墨烯研究中最熱點的方向。
其三,積極與國外機構合作,或并購海外優(yōu)秀的石墨烯公司,這將是我國石墨烯產業(yè)提高技術,擴大規(guī)模的“捷徑”。