日前，在第57屆日本電池大會上，華為中央研究院瓦特實驗室宣布在鋰離子電池領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)重大研究突破，將推出業(yè)界首個高溫長壽命石墨烯基鋰離子電池。這款電池以石墨烯為基礎(chǔ)的耐高溫技術(shù)，將鋰離子上限使用溫度提高10℃。
記者了解到，這個高溫長壽命石墨烯基鋰離子電池是基站備用電源，嚴(yán)格來說是用石墨烯散熱，還不是石墨烯電池。這一研究成果將給通信基站的儲能業(yè)務(wù)帶來革新，可用于無人機(jī)、電動車。不過，目前華為公布的資料并未提及該技術(shù)已經(jīng)應(yīng)用到手機(jī)上。
深圳化學(xué)化工學(xué)會理事長、深圳大學(xué)化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院教授劉劍洪表示，前沿的科學(xué)研究引領(lǐng)產(chǎn)業(yè)的方向，但材料研究十年磨一劍，真正的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用還有很長的路要走。
石墨烯只作為散熱材料
石墨烯是什么？石墨烯號稱新材料之王，是世界上最薄、導(dǎo)電性能最強(qiáng)的材料，只有一顆原子厚度，被認(rèn)為有望改變整個科技產(chǎn)業(yè)。2004年，英國曼徹斯特大學(xué)兩位教授成功從石墨中分離到石墨烯，并因此榮獲2010年諾貝爾物理學(xué)獎。
而華為正是在去年宣布與曼徹斯特大學(xué)合作研究石墨烯的應(yīng)用，共同開發(fā)ICT領(lǐng)域的下一代高性能技術(shù)。南方日報記者了解到，華為與曼徹斯特大學(xué)的項目合作期初定為兩年，將研究如何將石墨烯領(lǐng)域的突破性成果應(yīng)用于消費(fèi)電子產(chǎn)品和移動通信設(shè)備。
據(jù)華為微信公眾號發(fā)布的視頻介紹，基于該技術(shù)的高溫鋰離子電子電池，使用上限溫度提升10℃，使用壽命提升到高溫鋰電的2倍。即使在氣候炎熱、停電較為頻繁的非洲、中東、東南亞部分地區(qū)，使用壽命可達(dá)到4年以上。這一技術(shù)突破還可廣泛應(yīng)用于無人機(jī)，讓無人機(jī)完成暴曬下的探查作業(yè)、安全飛行。該技術(shù)還可用于電動車，在電動車在高溫環(huán)境中也能持久續(xù)航、自由加速。不過，這款高溫鋰離子電子電池，暫時沒有應(yīng)用到手機(jī)上。
根據(jù)華為瓦特實驗室首席科學(xué)家李陽興博士的介紹，石墨烯基高溫鋰離子電池技術(shù)突破主要來自三個方面：在電解液中加入特殊添加劑，除去痕量水，避免電解液的高溫分解；電池正極選用改性的大單晶三元材料，提高材料的熱穩(wěn)定性；采用新型材料石墨烯，可實現(xiàn)鋰離子電池與環(huán)境間的高效散熱。從李陽興的解釋看，三個方面的技術(shù)突破都是為了提高電池在高溫下的穩(wěn)定性和安全性，這款電池依然是鋰離子電池，石墨烯只是在其中作為散熱材料。
按照華為的官方說法：“這一研究成果將給通信基站的儲能業(yè)務(wù)帶來革新。在炎熱地區(qū)使用該高溫鋰離子電池的外掛基站工作壽命可達(dá)4年以上。石墨烯基鋰離子電池也將助力電動車在高溫環(huán)境下持久續(xù)航，以及無人機(jī)高溫發(fā)熱下的安全飛行?！?/p>
并未大量投入產(chǎn)業(yè)化運(yùn)營
石墨烯的“神奇”并不局限于新型電池。
華為公司創(chuàng)始人任正非早在2014年6月接受南方日報等媒體專訪時就曾多次談到石墨烯，并認(rèn)為“石墨烯時代將顛覆硅時代”。
未來，石墨烯如果取代硅，有可能徹底改變數(shù)量龐大的各種應(yīng)用，從智能手機(jī)到計算機(jī)芯片等，都將發(fā)生革命性的變化。
早在2011年，IBM沃森研究中心的科學(xué)家就在某媒體上發(fā)文宣布，他們成功研制出了首款由石墨烯圓片制成的集成電路，這一成果也被評為了2011年全球十大科學(xué)新聞之一。
今年初，深圳華訊方舟科技宣布，他們成功研發(fā)出世界首塊石墨烯太赫茲芯片?！安贿^，該芯片成本非常高，實驗室成本要20萬美元，未達(dá)到量產(chǎn)階段，我們還會繼續(xù)堅持研發(fā)?！比A訊方舟創(chuàng)始人吳光勝告訴記者。
在電池領(lǐng)域，石墨烯作為新型的鋰電池負(fù)極材料，為智能電子設(shè)備、電動車等供電，有望解決蓄電能力的問題?！皣庖恍┭邪l(fā)機(jī)構(gòu)號稱可提升5倍的電池容量?！敝袊┊a(chǎn)業(yè)奠基人、深圳石墨烯協(xié)會會長馮冠平說。
“發(fā)熱應(yīng)用是目前石墨烯應(yīng)用中有望最先實現(xiàn)大規(guī)模民用的領(lǐng)域，諸如智能發(fā)熱服、智能暖貼、智能理療護(hù)具、節(jié)能環(huán)保等?！瘪T冠平說，石墨烯如何實現(xiàn)民用及產(chǎn)業(yè)化一直是業(yè)內(nèi)難題，目前為這一產(chǎn)業(yè)尋找應(yīng)用方向最關(guān)鍵。
馮冠平等專家稱，石墨烯產(chǎn)業(yè)現(xiàn)在卡在了應(yīng)用不足上面。在市場上石墨烯下游產(chǎn)業(yè)鏈尚未形成，目前還處于前期專利布局期，對石墨烯需求最大的也僅僅是各大科研院所和實驗室，并沒有大量石墨烯投入產(chǎn)業(yè)化運(yùn)營。
“石墨烯最大的危機(jī)是，如果3年內(nèi)找不到大規(guī)模的應(yīng)用，投資近20億元的幾家企業(yè)將面臨倒閉?！瘪T冠平認(rèn)為。
民用領(lǐng)域具巨大應(yīng)用潛力
根據(jù)《中國制造2025》重點領(lǐng)域技術(shù)路線圖（2015版），中國石墨烯產(chǎn)業(yè)未來十年的總體目標(biāo)是“2020年形成百億產(chǎn)業(yè)規(guī)模，2025年整體產(chǎn)業(yè)規(guī)模突破千億”。
《廣東省工業(yè)企業(yè)創(chuàng)新驅(qū)動發(fā)展工作方案（2016—2018年）》明確提出了將推動高端新型電子信息、生物醫(yī)藥、半導(dǎo)體照明（LED）、新材料、新硬件等產(chǎn)業(yè)成為新的支柱產(chǎn)業(yè)。此外，廣東將圍繞制造業(yè)重大共性需求創(chuàng)建三大國家制造業(yè)創(chuàng)新中心，新材料技術(shù)位列其一。
記者對比廣深等地的戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)方案發(fā)現(xiàn)，不少產(chǎn)業(yè)布局與石墨烯密切相關(guān)，例如新材料、新能源、節(jié)能環(huán)保、新一代信息技術(shù)。一旦石墨烯技術(shù)突圍，將帶動一大批先進(jìn)產(chǎn)業(yè)發(fā)展。《中國制造2025深圳行動計劃》已將推進(jìn)新材料的研發(fā)及產(chǎn)業(yè)化納入重點領(lǐng)域。石墨烯應(yīng)用技術(shù)研發(fā)公共平臺建設(shè)還被納入重點項目。
伴隨著華為高溫長壽命石墨烯基鋰離子電池問世引發(fā)的產(chǎn)業(yè)熱潮，深圳市先進(jìn)石墨烯應(yīng)用技術(shù)研究院主辦的導(dǎo)熱石墨烯項目投資協(xié)議簽約儀式日前舉行?！笆┰陔娮有畔?、新能源、航空航天、生物醫(yī)藥等國防和民用領(lǐng)域具有巨大應(yīng)用潛力。”深圳市政府副秘書長蔡文沁在會上表示，深圳市高度重視包括石墨烯在內(nèi)的新材料產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，近年來石墨烯基礎(chǔ)研究、產(chǎn)業(yè)化、人才培養(yǎng)和創(chuàng)新載體建設(shè)方面積極布局。
記者了解到，深圳還在爭取國家石墨烯創(chuàng)新中心的落戶，致力于石墨烯產(chǎn)業(yè)的創(chuàng)新和應(yīng)用。
事實上，以深圳為代表的珠三角城市有著廣闊的石墨烯應(yīng)用市場，在能源、新材料、電子信息、可穿戴設(shè)備、電動汽車等諸多領(lǐng)域產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)好。