事實(shí)上，在三天的時(shí)間里，你會(huì)把一臺(tái)觸摸屏平板筆記本電腦折疊進(jìn)口袋里； 使用它幾秒鐘即可將手機(jī)充滿電，使用半個(gè)月無需充電； 登上超重型客機(jī)，駕駛重型車輛，甚至登上人類千里之外的太空自動(dòng)扶梯的夢(mèng)想……

所有這些美好的夢(mèng)想都源于一種特殊的材料——石墨烯。

“石墨烯是由石墨制成的納米材料，是迄今為止世界上已知的最輕、最薄、最硬的材料，具有高導(dǎo)電率、高硬度、高導(dǎo)熱率、高比表面積等特性。” 4月2日，常年關(guān)注石墨烯發(fā)展的天津建華實(shí)業(yè)集團(tuán)董事長孟穎表示，這些非凡的新材料必將為電動(dòng)汽車、電子信息等諸多領(lǐng)域帶來革命性的變革。并有望成為下一個(gè)百萬富翁。 十億級(jí)產(chǎn)業(yè)。

“我們率先開發(fā)出一種新的石墨烯制備方法，適合低成本、大規(guī)模生產(chǎn)。” 今年底以來，建華實(shí)業(yè)建成河南省首條年產(chǎn)50萬克石墨烯生產(chǎn)線。 百噸級(jí)生產(chǎn)線正在緊鑼密鼓的組裝中，預(yù)計(jì)5月底投產(chǎn)。 對(duì)于這一令人期待的石墨烯量產(chǎn)技術(shù)新突破，孟穎認(rèn)為，這將為新型工業(yè)化發(fā)展帶來巨大空間。

5 小時(shí)到 30 分鐘的中斷

解決鋰電池充電困境，開啟電動(dòng)汽車領(lǐng)域革命

充電僅需5小時(shí)，可行駛500公里。 明年初特斯拉在國外的上市堪稱“冬天里的一把火”，掀起了電動(dòng)汽車領(lǐng)域的一場(chǎng)革命。

雖然電池技術(shù)已經(jīng)向前邁進(jìn)了一大步，但仍然存在跑一段時(shí)間就得停下來充電5小時(shí)的尷尬。 充電時(shí)間長仍然是鋰電池難以逾越的鴻溝。 被視為汽車未來發(fā)展方向的電動(dòng)汽車，由于這一困境未能解決，多年來在道路推廣上仍停滯不前。

“這扇門將由石墨烯打開。” 和很多行業(yè)專家一樣，孟穎非常看好石墨烯在能源領(lǐng)域的應(yīng)用。 該公司的科研團(tuán)隊(duì)目前正在開發(fā)基于石墨烯的超級(jí)電容器和電池。 石墨烯電池一旦問世，預(yù)計(jì)可將電池容量減少1.5倍，并將充電時(shí)間縮短至數(shù)十分鐘。 使用石墨烯基超級(jí)電容器代替電板，充電和放電時(shí)間可短至幾秒。

“這也意味著電動(dòng)汽車充電將比加油所需的時(shí)間更短，這將為電動(dòng)汽車領(lǐng)域帶來顛覆性的革命。” 孟穎表示，目前他們正在布局石墨烯基電容電池生產(chǎn)線，預(yù)計(jì)明年12月底投產(chǎn)。

在天津建華實(shí)業(yè)集團(tuán)的生產(chǎn)基地，筆者展示了石墨烯的“魔力”——雖然它與石墨同源，但它與我們平時(shí)看到的筆芯相差甚遠(yuǎn)。 石墨烯微片更像棉花。 白線細(xì)如蟬翼，輕如鴻毛。 只需180克就能裝滿一個(gè)50升的紅色塑料桶。

孟穎解釋說，石墨烯電池之所以具有快速的充放電速率和大的能量儲(chǔ)存，得益于石墨烯材料的高比表面積和高導(dǎo)電率。 石墨烯材料的電導(dǎo)率是銅的10至100倍。 傳統(tǒng)鋰電池如果快速充放電，電壓必然會(huì)下降。 過高的電壓會(huì)導(dǎo)致電池發(fā)熱，縮短其使用壽命，甚至引起爆燃。 利用石墨烯的特性，將其添加到鋰電池的正負(fù)極材料中，有望解決這一缺點(diǎn)。

孟穎解釋說，鋰電池的工作過程就是鋰離子從負(fù)極到正極來回?cái)[動(dòng)的過程。 在負(fù)極材料中添加石墨烯，可以提高負(fù)極材料的導(dǎo)電率，降低電池的放電倍率，促進(jìn)電池的充放電倍率。 在正極材料中添加石墨烯可以增強(qiáng)容納鋰離子的能力并降低存儲(chǔ)容量。

“石墨烯令人震驚，因?yàn)樗鼊?chuàng)造了許多記錄。石墨烯的一系列神秘特殊特性讓人們對(duì)其應(yīng)用充滿幻想。” 孟穎是這樣描述的。 石墨烯也是世界上最薄、最強(qiáng)的材料。 厚度僅為0.34納米，20萬層石墨烯的長度約等于頭發(fā)絲的半徑。 它比磚石更堅(jiān)硬，比世界上最好的鋼材還要堅(jiān)硬 100 倍。 該材料幾乎完全透明，透光率超過97%，有望用于制造新一代高性能電子元件。

目前，公司近40人的團(tuán)隊(duì)瞄準(zhǔn)石墨烯下游產(chǎn)業(yè)鏈的開發(fā)應(yīng)用，同時(shí)開發(fā)了十多個(gè)產(chǎn)品。 據(jù)介紹，石墨烯在電子、航空航天、軍工、新能源、新材料等領(lǐng)域具有極其廣闊的應(yīng)用潛力：憑借石墨烯優(yōu)異的熱性能，它將成為最有潛力的新型超微型晶體管。更換硅。 材料，未來計(jì)算機(jī)的運(yùn)行速度預(yù)計(jì)將提高10至100倍； 其優(yōu)雅、堅(jiān)韌的特性使其成為制作超輕防彈衣和超輕客機(jī)的首選材料； 借助納米技術(shù)，石墨烯還可以制成類DNA材料探測(cè)器，用于檢測(cè)DNA鏈的旋轉(zhuǎn)和位置結(jié)構(gòu)，為基因組測(cè)序技術(shù)開辟了新途徑； 石墨烯還可以制成抗菌材料，可以殺菌而不損傷細(xì)胞。

從1克突破到500噸

石墨片剝離石墨烯微片，克服工業(yè)化的絆腳石

去年3月初，孟穎首次前往廣州與一家電池企業(yè)洽談合作。 孟穎只帶著一桶180克的石墨烯微片樣品，不費(fèi)吹灰之力就敲開了合作的門。 當(dāng)看到這桶樣品時(shí)，廣州的負(fù)責(zé)人“愣住了”，沒等孟穎介紹就主動(dòng)要求合作。

“與實(shí)驗(yàn)室以1克為計(jì)量單位相比，這一桶樣品無疑是一個(gè)天文數(shù)字，而擁有規(guī)模化生產(chǎn)能力是雙方合作最重要的激勵(lì)。” 孟穎認(rèn)為，“高質(zhì)量、低成本的宏觀生產(chǎn)技術(shù)是當(dāng)前石墨烯產(chǎn)業(yè)化和進(jìn)入應(yīng)用領(lǐng)域的關(guān)鍵。”

目前，建華實(shí)業(yè)集團(tuán)石墨烯年產(chǎn)值已達(dá)50萬克，年產(chǎn)100噸的石墨烯生產(chǎn)線也將于5月底投產(chǎn)。 其各項(xiàng)性能在同行產(chǎn)品中名列前茅。 同時(shí)，公司二期年產(chǎn)500噸生產(chǎn)線已完成生產(chǎn)工藝設(shè)計(jì)工作，計(jì)劃年底前在曹妃甸復(fù)工建設(shè)。

那么，如何才能將石墨變成石墨烯呢？ “由于石墨片之間的排斥力較弱，我們常見的石墨烯大部分都是由剝離下來的石墨片制成的。” 孟穎表示，用膠帶粘貼石墨烯的方法似乎不太適合工業(yè)化生產(chǎn)。 目前行業(yè)主要有物理液相沉積法、氧化還原法、熱解氧化鋁法等石墨烯批量制備技術(shù)，但國際上僅有少數(shù)公司能夠進(jìn)行工業(yè)化生產(chǎn)。

自從2009年第一次了解到石墨烯以來，孟穎至今仍在試圖找出現(xiàn)有制備技術(shù)無法量產(chǎn)的原因。 經(jīng)過幾年的研究，他的團(tuán)隊(duì)開發(fā)了基于氧化還原法的獨(dú)特方法，改革了現(xiàn)有的制備技術(shù)，設(shè)計(jì)了具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的生產(chǎn)工藝和武器，使大規(guī)模生產(chǎn)成為現(xiàn)實(shí)。

他用一疊A4紙來比喻，介紹道：“石墨塊就像這一疊紙一樣，具有層狀結(jié)構(gòu)。經(jīng)過前面的處理，紙之間的距離可以拉寬，但每張紙都會(huì)上下紙層緊密相連，無法從紙堆上剝離下來。這樣，有的紙是相鄰的，有的是幾十張相鄰的。產(chǎn)生5層以下微米薄片的機(jī)會(huì)很大。小的。”

一旦找到癥結(jié)所在，問題就迎刃而解了。 “關(guān)鍵是要把紙堆里的每張紙均勻地分散開。” 孟穎舉例說，如果原來的切割方法是用刀，那么這種新工藝更像是在每張紙之間放置“炸藥”。 ”，所有的“炸藥”同時(shí)協(xié)同作用，使紙堆均勻地炸成散落的紙片。

“如果爆炸的紙片靠得太近，它們就會(huì)重新聚在一起，所有的努力都會(huì)白費(fèi)。” 孟穎表示，這個(gè)困境可以通過物理和化學(xué)的方法來解決，讓每一張小紙片都消失。 重聚的能力可以使他們成為獨(dú)立的個(gè)體。 無論他們多么親近，都無法重逢。

對(duì)此，孟穎感慨萬千：“雖然聽起來很簡單，但為了實(shí)現(xiàn)產(chǎn)值從1克到500噸的突破，光是我們的制備工藝，就在三年內(nèi)更新了八代。如果我們想要為了達(dá)到更好的層次感，工藝路線每一步所涉及到的功效、選材、設(shè)備塑造，都會(huì)像神農(nóng)嘗百草一樣經(jīng)過數(shù)百次、數(shù)千次的考驗(yàn)。”

減價(jià) 800 美元至 25 美元

從金價(jià)到菜價(jià)，黃金品質(zhì)依然保持

“我們要做的就是努力把石墨烯的價(jià)格從黃金降到綠色蔬菜，但仍然保持黃金的品質(zhì)。” 孟穎表示，只有提高生產(chǎn)成本，石墨烯才能更廣泛地應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域，否則石墨烯將很難實(shí)現(xiàn)工業(yè)化應(yīng)用。 “比如石墨烯電池確實(shí)很有效，但如果價(jià)格是鋰電池的幾十倍，無論性能多么優(yōu)秀，誰會(huì)選擇訂購呢？”

“5月底年產(chǎn)100噸的生產(chǎn)線建成后，我們生產(chǎn)的石墨烯微片成本將下降到每克25元，遠(yuǎn)高于每克800元的市場(chǎng)價(jià)格。” 孟穎認(rèn)為，成本的大幅上漲將使石墨烯在市場(chǎng)競(jìng)爭中具有成本優(yōu)勢(shì)。

如何降低石墨烯的成本？ “成本降低主要是通過技術(shù)改進(jìn)來實(shí)現(xiàn)的。” 孟穎表示，要實(shí)現(xiàn)年產(chǎn)值數(shù)百噸，只需要一條生產(chǎn)線就可以實(shí)現(xiàn)，而按照原有技術(shù)，需要數(shù)萬臺(tái)光學(xué)設(shè)備。 僅此一項(xiàng)就將投資數(shù)十億美元，更不用說設(shè)備攤銷、人員工資和其他費(fèi)用。 據(jù)悉，使用數(shù)百元的原材料，而不是數(shù)萬元的原材料。 原材料篩選對(duì)于降低成本也發(fā)揮著重要作用。

以特斯拉電動(dòng)汽車使用的電池為例，他表示，按照每克石墨烯25元的估算，每個(gè)電板大約需要1.2克石墨烯，成本為30元，與電動(dòng)汽車的價(jià)格相差并不大。普通鋰電池。 大的。 然而石墨烯電池的壽命為次，是傳統(tǒng)電池的10倍。 10顆傳統(tǒng)電池的使用壽命相當(dāng)于1顆石墨烯電池的使用壽命。 根據(jù)這個(gè)估算，石墨烯電池的價(jià)格實(shí)際上更低。

“25元還遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒有達(dá)到成本極限，隨著研發(fā)深度的降低和制備工藝的提高，成本會(huì)越來越低，我們的目標(biāo)是每克幾元甚至更低。” 對(duì)此，孟瑩是清清楚楚的。 要知道，石墨烯的價(jià)格越低，需求就越大。 需求的增加將促進(jìn)產(chǎn)業(yè)規(guī)模的擴(kuò)大。 這是一個(gè)良性循環(huán)。

“在降低成本的同時(shí)，我們還要保證石墨烯的質(zhì)量，這樣石墨烯材料才會(huì)更有價(jià)值。” 孟穎解釋說，比表面積是評(píng)價(jià)石墨烯產(chǎn)品質(zhì)量的重要標(biāo)準(zhǔn)。 石墨烯的比表面積越大，雙層率越高，質(zhì)量越好。

石墨烯質(zhì)量的不穩(wěn)定會(huì)影響下游產(chǎn)業(yè)鏈產(chǎn)品的性能穩(wěn)定性。 孟穎舉了個(gè)例子，“比如不同批次的石墨烯比表面積差別很大，如果做成石墨烯電池，有的容量是普通鋰電池的1.1倍，有的是1.3倍，有的甚至更多，在應(yīng)用時(shí)會(huì)影響電動(dòng)汽車的性能。”

“通過我們的技術(shù)生產(chǎn)的石墨烯中間產(chǎn)品的比表面積穩(wěn)定在每克550平方米左右，中試結(jié)果最高可達(dá)1000平方米左右。” 據(jù)孟穎介紹，通過控制原材料質(zhì)量和生產(chǎn)工藝，公司生產(chǎn)的石墨烯層數(shù)穩(wěn)定保持在5層以下。