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石墨烯知识小学堂第九课

文章出处:网络 人气:发表时间:2019-12-13 10:31
各国应用
        2016年7月,中国石墨烯产业技术创新联盟在上海首发了2016全球石墨烯产业研究报告。报告称,石墨烯产业发展目前还处于初级阶段,预计到2020年,全球石墨烯才形成完整产业链,且市场规模将达1000亿元,其中中国占比达50%至80%,中国将在全球石墨烯行业中起到主导和核心作用。在知识产权方面,到2012年,我国石墨烯论文数量超过美国,位居世界首位。2015年全球石墨烯专利数据显示,排名首位的依然是中国,之后才是美国、韩国、日本。
规模生产
        “石墨烯是世界上已发现的最、最坚硬的纳米材料,它不但可以用来开发制造纸片一样的超轻型飞机材料,还能做出超坚韧的防弹衣。”宁波墨西科技有限公司总经理林立新兴奋地说,据保守估计,这种材料仅替代市场的潜力就有数十亿甚至上百亿元。
        历时三年 成功研制石墨烯产业化项目,2008年10月,从美国纽约州立大学博士后毕业的刘兆平,应聘进入中科院宁波材料所,领衔攻关制备石墨烯的新技术。他还给自己刚出生的女儿取名“刘墨希”。
        当时,刘兆平团队的石墨烯项目尚停留在实验阶段,距离产业化还有一段不短的路。正是这段看似坎坷的路,让素以“稳健”和“精明”著称的宁波民企开始怯步。
        “石墨烯项目市场前景确实很好,但是能不能等你们技术成熟后,再转让给我们?”“首期付款就要几千万元,你们能不能降低价格,等项目产生效益后再支付更多的费用?”……这是在与30余位宁波民企老板的频繁接触中,中科院宁波材料所技术转移办公室副主任俞建伟听的最多的话。
        2011年7月,刘兆平团队设计建成了年产30吨的石墨烯中试生产线。“石墨烯制备成本很高,每克要5000元,是黄金价格的十几倍。现在,人们会制造成本降到了每克3元。”刘兆平说,这意味着石墨烯项目可以走向产业化,成为大量供给的工业原料。两个月后,在2011中国科技创业计划大赛上,“石墨烯产业化技术”项目获得海外人才创业特别奖一等奖,引起国内外震动 险些花落他乡。
柔性集体
        石墨烯具有高导电性和良好的柔韧性,是柔性储能器件的理想候选材料之一。金属研究所沈阳材料科学国家(联合)实验室在前期制备出具有三维连通网络结构的石墨烯泡沫的基础上,利用该材料作为高导电的柔性集流体,设计并制备出可快速充放电的柔性锂离子电池。研究人员把三维连通的石墨烯网络作为集流体,取代电池中常用的金属集流体,不仅可有效降低电极中非活性物质的比例,且三维石墨烯网络的高导电性和多孔结构为锂离子和电子提供了快速扩散通道,可实现电极材料的快速充放电性能。为了在不使用粘结剂和导电添加剂的情况下实现活性物质和石墨烯集流体的良好接触以促进电子传输和提高弯折时电极材料的稳定性,研究人员发展了原位水热合成方法,在石墨烯三维连通网络结构上直接生长活性物质,如磷酸铁锂和钛酸锂。把磷酸铁锂/石墨烯和钛酸锂/石墨烯复合材料分别作为正负极,采用柔性硅胶为封装体,组装了具有很好柔性的锂离子全电池。该柔性锂离子电池在弯曲时,其充放电特性保持不变,并可在6分钟内完成充电(达到初始容量的90%),在100次循环之后容量保持率在96%。
        该研究为高性能柔性锂离子电池的设计和制备提出了一种新思路。这种可快速充电的柔性锂离子电池的制备工艺简单,具有潜在的实际应用价值。该研究成果于10月8日在《美国科学院院刊》(PNAS)上在线发表(PNAS, 2012, )。此外,该研究团队还充分利用石墨烯和碳纳米管的优异特性,发展出超级电容器和锂-硫电池用柔性电极材料,为柔性储能器件的开发奠定了良好基础。上述工作得到了国家自然科学基金委、科技部和中科院有关项目的资助。
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