今年兩會(huì)期間，石墨烯產(chǎn)業(yè)的發(fā)展與應(yīng)用成為代表委員們關(guān)注的焦點(diǎn)。恰逢今年是“十三五”開(kāi)局之年，以石墨烯為代表的新材料被納入“十三五”國(guó)家戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃中，預(yù)計(jì)未來(lái)很長(zhǎng)時(shí)間，石墨烯的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展都將受到熱烈討論。
在電池領(lǐng)域，目前石墨烯主要用在鋰離子電池、超級(jí)電容器、鋰硫電池、燃料電池、太陽(yáng)能電池等領(lǐng)域，相關(guān)研究機(jī)構(gòu)也屢有消息稱(chēng)在石墨烯電池技術(shù)方面獲得突破。然而，目前在市面上，我們?nèi)匀货r見(jiàn)形成規(guī)模化應(yīng)用的石墨烯電池產(chǎn)品。
據(jù)業(yè)內(nèi)專(zhuān)家介紹，目前業(yè)界所說(shuō)的石墨烯電池，并非整個(gè)電池都用石墨烯材料制作，而是在電池的電極使用石墨烯材料，所以稱(chēng)之為“石墨烯電池”并不恰當(dāng)。在鋰離子電池中，石墨烯發(fā)揮的作用主要有兩方面：直接用于負(fù)極材料和用于導(dǎo)電添加劑。但是，目前已知的石墨烯材料有600多種，每種石墨烯又有其對(duì)應(yīng)的應(yīng)用領(lǐng)域，隨著技術(shù)的不斷突破，不同石墨烯材料可形成不同組合，將擁有更加廣泛的用途。石墨烯在鋰離子電池中的應(yīng)用，或許也會(huì)取得突破性進(jìn)展。
在超級(jí)電容領(lǐng)域，相較于傳統(tǒng)電容，石墨烯超級(jí)電容具有如下特性：表面積大，有利于產(chǎn)生高能量密度；具有超高導(dǎo)電性，有利于保持高功率密度；化學(xué)結(jié)構(gòu)豐富，有利于引入贗電容，提高能量密度；其特殊的電子結(jié)構(gòu)可優(yōu)化超級(jí)電容的結(jié)構(gòu)與性能。
除此之外，石墨烯材料還可用于太陽(yáng)能電池和燃料電池中。此前，曾有來(lái)自西班牙Universitat Jaumel和英國(guó)Oxford University組成的光伏和光電器件組（DFO）的研究團(tuán)隊(duì)，將二氧化鈦和石墨烯結(jié)合在一起當(dāng)作電荷收集器，使太陽(yáng)能電池的有效轉(zhuǎn)化率達(dá)到 15.6%。
據(jù)了解，目前造成石墨烯電池沒(méi)能進(jìn)入產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用的原因有多個(gè)方面，如石墨烯成本過(guò)高、相關(guān)技術(shù)研究有待提高等方面。
在成本方面，現(xiàn)在傳統(tǒng)導(dǎo)電炭黑和石墨都是按噸銷(xiāo)售（一噸幾萬(wàn)元），而目前石墨烯成本最低也要十幾萬(wàn)元，顯然成本還是要高出很多。
在中科院院士劉忠范看來(lái)，“近年來(lái)，我國(guó)在石墨烯領(lǐng)域所發(fā)表的論文和申請(qǐng)的專(zhuān)利在數(shù)量上都已領(lǐng)先世界，但是真正原創(chuàng)性、突破性的成果非常少，研究水平絕非世界第一。”對(duì)于石墨烯相關(guān)產(chǎn)品沒(méi)有進(jìn)入產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用，劉忠范表示，目前既有的研發(fā)工作大多停留在動(dòng)力電池、超級(jí)電容器、涂料等短平快的技術(shù)方面，這樣的公司有成百上千家，多是小打小鬧行為，很難形成氣候。
“很多都是短平快的粗放型研究和概念的炒作，市場(chǎng)也非常無(wú)序，多數(shù)企業(yè)是為了炒作石墨烯而一擁而上的小作坊式的企業(yè)，沒(méi)有雄厚的人力、物力和財(cái)力基礎(chǔ)來(lái)支撐真正的石墨烯產(chǎn)業(yè)化研究。”劉忠范如是說(shuō)。
作為一種新興材料，目前石墨烯在電池行業(yè)的應(yīng)用仍處于初期階段，進(jìn)入大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用，仍需要在材料研發(fā)、產(chǎn)品設(shè)計(jì)、制備工藝等方面開(kāi)展大量工作，其產(chǎn)業(yè)化之路仍將漫長(zhǎng)。
