雖性能優(yōu)異，但受限于制備技術(shù)瓶頸，自發(fā)現(xiàn)至今的十多年間，它一直靜靜躺在實(shí)驗(yàn)室。
然而今年7月8日，東旭光電子公司碳源匯谷推出的世界首款石墨烯基鋰離子電池產(chǎn)品——“烯王”打破了這種寧?kù)o，時(shí)隔一個(gè)月，烯王產(chǎn)品即正式開(kāi)始對(duì)外預(yù)售，拉開(kāi)了石墨烯產(chǎn)業(yè)化的大幕，這將極有可能開(kāi)啟一場(chǎng)產(chǎn)業(yè)革命。為此，記者采訪了這款石墨烯基鋰離子電池研發(fā)團(tuán)隊(duì)的首席科學(xué)家郭守武教授。
突破國(guó)外技術(shù)封鎖“烯王”問(wèn)世
目前，對(duì)于鋰離子電池正極材料的選擇上，只有鈷酸鋰、錳酸鋰、磷酸鐵鋰、鎳鈷錳或是鎳鈷鋁等幾種材料，但實(shí)際上這些材料都存在一定的缺點(diǎn)，這也是鋰離子電池產(chǎn)業(yè)發(fā)展的瓶頸。比如鈷酸鋰三元材料，它的安全性能一直是人們所關(guān)注的焦點(diǎn)；錳酸鋰存在不穩(wěn)定性；鈷鎳錳是重金屬，它的污染就像鉛酸電池一樣。
“鐵磷在自然界分布很廣，而且對(duì)環(huán)境的影響較其它材料低，但它是一種絕緣材料，在用作電極材料的時(shí)候必須對(duì)它進(jìn)行一定的改性，而碳包覆的技術(shù)受到了美國(guó)和加拿大的嚴(yán)密封鎖。”郭守武表示：“因此我們選擇用石墨稀去包覆改進(jìn)磷酸鐵鋰，這是我們的專利，突破了國(guó)外的技術(shù)封鎖。”
據(jù)了解，石墨烯作為電極材料或者是改性電極材料的一種物質(zhì)，可以提高電極材料導(dǎo)電或者是傳輸鋰離子的速度，從而可以提高鋰離子電池的快充快放，也就是提高它的倍率性能，同時(shí)因?yàn)閮?nèi)阻的降低，也可以延長(zhǎng)鋰離子電池的壽命。
郭守武還告訴記者：“若將石墨烯應(yīng)用在負(fù)極上，在一定程度上可以提高整個(gè)電池的能量密度，最終能夠部分提高電池的待機(jī)時(shí)間、續(xù)航里程。”
據(jù)該公司介紹，近期推出的烯王產(chǎn)品所使用的石墨烯基鋰離子電池性能十分優(yōu)良，與普通電池相比不僅可在滿足5C條件下，實(shí)現(xiàn)15分鐘內(nèi)快速充放電，而且該石墨烯基鋰離子電池可在-30~80℃環(huán)境下工作，循環(huán)壽命更高達(dá)3500次。通過(guò)發(fā)布會(huì)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試，“烯王”充電用時(shí)15分鐘，是普通充電產(chǎn)品的1/24.
“烯王”產(chǎn)品驗(yàn)證了石墨烯包覆鋰電池正負(fù)極材料技術(shù)的成功，是石墨烯產(chǎn)業(yè)化過(guò)程中的一座里程碑，引發(fā)了全社會(huì)的空前關(guān)注。
攻克制備瓶頸石墨烯定會(huì)走進(jìn)千家萬(wàn)戶
“我關(guān)注這個(gè)材料實(shí)際上有很長(zhǎng)時(shí)間了，實(shí)際上兩位諾貝爾獎(jiǎng)獲得者發(fā)表的第一篇文章，我就認(rèn)真地讀過(guò)?！惫匚浔硎荆骸笆┻@種材料最大的難度就是它的制備?！?
據(jù)了解，石墨烯是單原子層，厚度僅為0.34納米，也就是3.4，而要得到這樣一個(gè)二維晶體，目前只有兩個(gè)路徑：一條途徑是石墨剝離；第二種方式是化學(xué)合成方法。不過(guò)，目前無(wú)論通過(guò)何種方式進(jìn)行制備石墨烯的難度依然很大。
“剛做石墨烯的時(shí)候，我們就明確了我們的目標(biāo)，不是簡(jiǎn)單的發(fā)一篇文章或者做點(diǎn)實(shí)驗(yàn)，而是考慮下一步怎樣量產(chǎn)，怎么去實(shí)現(xiàn)石墨烯新材料的應(yīng)用?！惫匚涓嬖V記者，石墨烯產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用一直是團(tuán)隊(duì)研發(fā)的目標(biāo)。
為了不與其他人一樣，郭守武科研團(tuán)隊(duì)在研究石墨烯制備的道路更加曲折艱辛，整個(gè)團(tuán)隊(duì)花了大概近一年時(shí)間尋找還原劑，經(jīng)過(guò)眾多驗(yàn)證，最終將目標(biāo)鎖定在維生素C.
“我們將維C作為還原劑去做氧化石墨烯的還原，發(fā)現(xiàn)是一種很好的還原劑?！惫匚浔硎?，除此之外，采用維生素C作為還原劑可實(shí)現(xiàn)高品質(zhì)、低成本的石墨烯制備，從而突破了石墨烯大規(guī)模制備的瓶頸，成為石墨烯產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用和推廣的基礎(chǔ)。
對(duì)此，郭守武解釋道：“維C量大、又很便宜，工業(yè)上放大不存在問(wèn)題，而且維生素C很安全，人可以直接吃的，它的副產(chǎn)品也就草酸等無(wú)害物，對(duì)環(huán)境也不會(huì)造成什么污染?！?
資料顯示，碳源匯谷是一家專注于石墨烯規(guī)模化制備、應(yīng)用技術(shù)開(kāi)發(fā)的高新技術(shù)企業(yè)，也是目前國(guó)內(nèi)唯一一家可實(shí)現(xiàn)低成本、高品質(zhì)、單層石墨烯規(guī)?；苽?年產(chǎn)量達(dá)噸級(jí))的企業(yè)，其中試生產(chǎn)線制備的石墨烯單層率超99%、純度高達(dá)99.9%。
整整10年，郭守武科研團(tuán)隊(duì)一直在默默耕耘石墨烯，這個(gè)夏天，他的研究成果終于成功突破了國(guó)際技術(shù)封鎖，舉世矚目！而在郭守武看來(lái)，這只是水到渠成的事情，“我們已經(jīng)在這個(gè)領(lǐng)域做了很多積淀，‘烯王’只是第一步而已，我相信，石墨烯的應(yīng)用將給人類生活帶來(lái)更多的改變。”