石墨烯鋰離子電池開(kāi)啟儲(chǔ)能技術(shù)新紀(jì)元

石墨烯鋰離子電池開(kāi)啟儲(chǔ)能技術(shù)新紀(jì)元

石墨烯鋰離子電池可以被應(yīng)用到消費(fèi)電子、電動(dòng)工具、電動(dòng)自行車(chē)、電動(dòng)汽車(chē)和儲(chǔ)能等領(lǐng)域。特別是在電動(dòng)汽車(chē)和儲(chǔ)能領(lǐng)域，石墨烯鋰離子電池具有非常強(qiáng)的競(jìng)爭(zhēng)力。

　　1、代替硅生產(chǎn)電子產(chǎn)品

　　硅讓我們邁入了數(shù)字化時(shí)代，但研究人員仍然渴望找到一些新材料，讓集成電路更小、更快、更便宜。在眾多的備選材料中，石墨烯最引人矚目。石墨烯擁有比硅更高的載流子遷移率（即載流子在電場(chǎng)作用下運(yùn)動(dòng)速度快慢的量度），是一種性能非常優(yōu)異的半導(dǎo)體材料，電子在石墨烯中的運(yùn)行速度能夠達(dá)到光速的1/300，要比在其他介質(zhì)中的運(yùn)行速度高很多，而且只會(huì)產(chǎn)生很少的熱量。使用石墨烯作為基質(zhì)生產(chǎn)出的處理器能夠達(dá)到1THz（即1000GHz）。全球半導(dǎo)體晶硅的市場(chǎng)發(fā)展穩(wěn)定，石墨烯可替代晶硅應(yīng)用在芯片領(lǐng)域，石墨烯如果替代十分之一的晶硅制成高端集成電路，市場(chǎng)容量至少在5000億元以上。

　　2、石墨烯鋰離子電池開(kāi)啟儲(chǔ)能技術(shù)新紀(jì)元

　　鉛酸電池具有技術(shù)成熟、價(jià)格較低等優(yōu)點(diǎn)，但是存在嚴(yán)重鉛污染，將被更先進(jìn)的產(chǎn)品替代。鎳氫電池具有可大電流快速充放電、耐過(guò)充過(guò)放、低溫性能好等優(yōu)點(diǎn)，但能量密度較低使其不能用于純電動(dòng)車(chē)。鋰離子電池能量密度大，循環(huán)壽命長(zhǎng)，是目前在消費(fèi)電子領(lǐng)域應(yīng)用最廣泛的電池，但是其功率密度還不夠大，電池滿充時(shí)間需要幾個(gè)小時(shí)，在純電動(dòng)車(chē)領(lǐng)域的應(yīng)用碰到了充電難題。超級(jí)電容器功率密度高而能量密度低，無(wú)法滿足續(xù)航要求，不能單獨(dú)用于電動(dòng)車(chē)或其他儲(chǔ)能設(shè)備。石墨烯鋰離子電池解決了“魚(yú)和熊掌不可兼得”的難題，同時(shí)滿足了能量密度和功率密度要求，開(kāi)啟了儲(chǔ)能技術(shù)新紀(jì)元。石墨烯鋰離子電池可以被應(yīng)用到消費(fèi)電子、電動(dòng)工具、電動(dòng)自行車(chē)、電動(dòng)汽車(chē)和儲(chǔ)能等領(lǐng)域。特別是在電動(dòng)汽車(chē)和儲(chǔ)能領(lǐng)域，石墨烯鋰離子電池具有非常強(qiáng)的競(jìng)爭(zhēng)力。

　　石墨烯鋰離子電池可在幾分鐘內(nèi)滿充，將加快電動(dòng)汽車(chē)產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程。目前的電動(dòng)汽車(chē)，因?yàn)槌潆姇r(shí)間長(zhǎng)達(dá)幾個(gè)小時(shí)，在市場(chǎng)推廣過(guò)程中遇到了充電站配套建設(shè)成本高和普通消費(fèi)者對(duì)其接受度較低的問(wèn)題。石墨烯鋰離石墨烯能夠大幅提升鋰離子電池性能，未來(lái)將在負(fù)極材料領(lǐng)域有廣闊的市場(chǎng)前景。根據(jù)IEK的預(yù)測(cè)，石墨烯作為負(fù)極材料應(yīng)用在十分之一的鋰離子電池中，其需求量在2500噸以上。更重要的是一分鐘充電技術(shù)，鋰離子可再石墨烯表面和電極之間快速大量穿梭運(yùn)動(dòng)的特性，開(kāi)發(fā)出一種新型儲(chǔ)能設(shè)備—石墨烯電池。它的功率密度比鋰電池高100倍，能量?jī)?chǔ)存密度比傳統(tǒng)超級(jí)電容高30倍。2008-2013年全球的負(fù)極材料的需求量將保持年均20%的增長(zhǎng)率，到2013年全球的負(fù)極材料需求量將達(dá)到3.7萬(wàn)噸以上。未來(lái)有1%的鋰離子電池由使用石墨烯負(fù)極材料的需求，那每年對(duì)于石墨烯的需求就在250噸以上。3、石墨烯促進(jìn)超級(jí)電容器發(fā)展

　　超級(jí)電容器超級(jí)電容器又稱(chēng)超大容量電容器、金電容、黃金電容、儲(chǔ)能電容、法拉電容、電化學(xué)電容器或雙電層電容器（英文名稱(chēng)為EDLC，即ElectricDoubleLayerCapacitors），是靠極化電解液來(lái)存儲(chǔ)電能的新型電化學(xué)裝置。它是近十幾年隨著材料科學(xué)的突破而出現(xiàn)的新型功率型儲(chǔ)能元件，其批量生產(chǎn)不過(guò)幾年時(shí)間。超級(jí)電容器自面市以來(lái)，全球需求量快速擴(kuò)大，已成為化學(xué)電源領(lǐng)域內(nèi)新的產(chǎn)業(yè)亮點(diǎn)。超級(jí)電容器在電動(dòng)汽車(chē)、混合燃料汽車(chē)、特殊載重汽車(chē)、電力、鐵路、通信、國(guó)防、消費(fèi)性電子產(chǎn)品等眾多領(lǐng)域有著巨大的應(yīng)用價(jià)值和市場(chǎng)潛力，被世界各國(guó)所廣泛關(guān)注。

　　美國(guó)《探索》雜志2007年1月號(hào)，將超級(jí)電容器列為2006年世界七大科技發(fā)現(xiàn)之一，認(rèn)為超級(jí)電容器是能量?jī)?chǔ)存領(lǐng)域的一項(xiàng)革命性發(fā)展，并將在某些領(lǐng)域取代傳統(tǒng)蓄電池。碳質(zhì)材料是目前研究和應(yīng)用很廣泛的超級(jí)電容器電極材料。用于超級(jí)電容器的碳質(zhì)材料目前主要集中在活性炭（AC）、活性碳纖維（ACF）、炭氣凝膠、他納米管和模板炭等。而自從石墨烯被成功制備以來(lái)，人們開(kāi)始探索這種碳質(zhì)材料在超級(jí)電容器中的應(yīng)用。由于石墨烯具有極高的理論比表面積，結(jié)構(gòu)上屬于獨(dú)立存在的單層石墨晶體材料，故石墨烯片層的兩邊均可以負(fù)極電荷形成雙電層。且石墨烯片層所特有的褶皺以及疊加效果，可以形成的納米孔道和納米空穴，有利于電解液的擴(kuò)散，因此石墨烯基的超級(jí)電容器具有良好的功率特性。目前中國(guó)市場(chǎng)的超級(jí)電容器年需求量可達(dá)2150萬(wàn)只，約1.2億瓦時(shí)，且每年都在以約50%的速度增長(zhǎng)，2011年全球超級(jí)電容的市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)到50億元以上，并保持著20%的增長(zhǎng)速率。

　　4、替代TTO有極大的前景

　　目前的顯示器和觸摸屏等器件中的導(dǎo)體材料，主要是使用的氧化銦錫ITO材料。但氧化銦錫的價(jià)格高、用量大、易碎、有毒性(與鉛的毒性可比)，而石墨烯由于由于其特殊的分子結(jié)構(gòu)而有非常高的導(dǎo)電性，而且石墨烯幾乎完全透明；這兩種性質(zhì)使得石墨烯本身就是一種性能非常好的透明導(dǎo)體材料，適合用于制作顯示器件。石墨烯的另一個(gè)特性是具有高韌性，能夠拉伸20%而不斷裂。使用石墨烯作為導(dǎo)體材料，能夠制成可以折疊、伸縮的顯示器件。而且石墨烯觸摸屏合成對(duì)環(huán)境無(wú)害，需要資源少，并且隨著生產(chǎn)工藝的不斷改進(jìn)，生產(chǎn)成本有望大大低于傳統(tǒng)氧化銦錫觸摸屏石墨烯。2011年全球僅觸摸屏所需要的ITO導(dǎo)電玻璃就近4500萬(wàn)片，加上公共查詢、醫(yī)療儀器和游戲機(jī)等方面的應(yīng)用，預(yù)計(jì)2012年ITO導(dǎo)電玻璃的市場(chǎng)容量在8500-9500萬(wàn)片，石墨烯將具有很大的替換空間。以觸摸屏為代表的智能機(jī)需求強(qiáng)勁增長(zhǎng)，帶動(dòng)智能機(jī)零部件的生產(chǎn)和銷(xiāo)售，其中包括電容屏的生產(chǎn)。

　　2011年全球智能手機(jī)出貨量將達(dá)到4.52億臺(tái)，2012年將增加至6.14億臺(tái)，年成長(zhǎng)率達(dá)35.8%.其中Android平臺(tái)2011年出貨量將達(dá)2.06億臺(tái)，以46%的市占率成為全球最大的智能手機(jī)操作系統(tǒng)，未來(lái)預(yù)期將維持在50%左右。而iOS與WindowsPhone在相關(guān)大廠應(yīng)用生態(tài)體系的支持下，2012年市占率有望達(dá)到19%與13%.特別今年是我國(guó)千元智能機(jī)的普及年，觸摸屏的智能機(jī)銷(xiāo)售將大旺。基數(shù)巨大的觸摸屏手機(jī)的銷(xiāo)售，將給石墨烯電容觸摸屏帶來(lái)巨大的發(fā)展動(dòng)力。所以，石墨烯行業(yè)存在較大投資機(jī)會(huì)，值得關(guān)注。石墨烯觸摸屏，比現(xiàn)有手機(jī)觸摸屏更環(huán)保、更便宜和更耐用?，F(xiàn)有手機(jī)觸摸屏的工作層中不可缺少的材料為陶瓷材料氧化銦錫。從技術(shù)層面上講，該成果的問(wèn)世縮短了產(chǎn)業(yè)界對(duì)石墨烯材料8-10年產(chǎn)業(yè)化的時(shí)間預(yù)期。今年，該成果可為手機(jī)商提供10萬(wàn)片觸摸屏，成本比現(xiàn)用材料降低30%.正是由于有上述優(yōu)勢(shì)，石墨烯觸摸屏的銷(xiāo)售將有望從零起步，幾何級(jí)別增長(zhǎng)。

　　來(lái)源：鋰電網(wǎng)