結(jié)合宮總的文章，我這篇文章主要分為三個部分，也是宮總都有談到的三部分：一是石墨烯在電池領(lǐng)域的應(yīng)用，二是在能源領(lǐng)域的應(yīng)用，三是結(jié)合實際應(yīng)用新聞，談?wù)勈┪磥淼陌l(fā)展。

 

　　不過在剖析具體問題之前，我們先要來看一下石墨烯在科研與工業(yè)界的整體狀況。

 

　　科研與工業(yè)界的整體狀況：

 

　　石墨烯的應(yīng)用可以且不應(yīng)僅限于電池領(lǐng)域中

 

　　首先，宮總在文章中介紹了石墨烯在過去幾年科研界中的整體情況：“的確，石墨烯在過去幾年很搶眼，隨手翻翻有關(guān)石墨烯應(yīng)用在能源的文獻(xiàn)與專利就不勝枚舉。聚焦納米技術(shù)的權(quán)威網(wǎng)站Nanotechweb,2009年首次報導(dǎo)了石墨烯材料，石墨烯在該網(wǎng)站 best of 2009的5篇中獨(dú)占2篇，此后2010年 （2篇）、2012年 （4篇）、2014年 （1篇），此網(wǎng)站的best of years,石墨烯都占有篇幅，而與電池相關(guān)的只有2010年一篇石墨烯超級電容的報導(dǎo)，其余都是石墨烯在導(dǎo)電、透明性、導(dǎo)線線材的應(yīng)用。”

 

　　由上不難看出：在科研頂尖領(lǐng)域中，石墨烯的突破進(jìn)展報導(dǎo)其實一直都不僅限于電池/電容領(lǐng)域，在很多其它的功能性領(lǐng)域，一直都有著很多的應(yīng)用希望，比如導(dǎo)電材料、透明材料、柔性材料、半導(dǎo)體等。當(dāng)然了，在科研界，石墨烯往鋰硫、鋰電、超級電容等方面的應(yīng)用的科研進(jìn)展一直都有，但是真能稱的上是完全的顛覆性突破的進(jìn)展并不算太多，尤其是在最傳統(tǒng)的鋰離子電池領(lǐng)域。實際上，石墨烯具有很多的功能，筆者也一直認(rèn)為沒有必要把石墨烯的所有注意力都放在鋰離子電池上，在超級電容、鋰硫、乃至各種新型電子、半導(dǎo)體器件領(lǐng)域石墨烯應(yīng)該都是大有可為的。

 

　　另外在這里我要糾正一個概念錯誤，就是“石墨烯是最硬的材料”.目前科學(xué)界內(nèi)公認(rèn)的最硬的材料仍然是金剛石材料，其次是c-BN,與石墨烯關(guān)系不大。

 

　　石墨烯在電池領(lǐng)域的應(yīng)用哪些是胡說八道的？

 

　　針對石墨烯在電池領(lǐng)域的應(yīng)用，宮總首先回答了：“石墨烯用在鋰電池中是不可能做到”石墨烯電池充電10分鐘跑1,000公里的“.實際上，這也是目前電池科研與工業(yè)界中的公認(rèn)事實，目前的鋰電池技術(shù)體系已經(jīng)基本建成，公認(rèn)性能最優(yōu)的松下、三星的電池也不可能達(dá)到這樣的性能。截止到目前，石墨烯仍然并沒有在電化學(xué)原理上提示出任何顛覆性的改變現(xiàn)有電池技術(shù)的可能性，因此基于該類技術(shù)聲稱技術(shù)發(fā)生革命性的顛覆的消息可信度不大，但是基于石墨烯的一些優(yōu)異特性，實現(xiàn)電池的性能提升還是可行的，尤其是倍率特性。

 

　　宮總也說：”石墨烯本身的振實和壓實密度很低，不適合取代石墨類材料作為鋰離子電池負(fù)極“,這實際上是目前工業(yè)界的共識。而石墨烯與其它材料的復(fù)合材料（比如CNT、C60等），這些復(fù)合材料總得來說都過于偏向科研應(yīng)用導(dǎo)向，成本昂貴，性能也不能算做優(yōu)秀。前有碳系其它材料，后有硅負(fù)極以及其它合金負(fù)極的強(qiáng)勢崛起，因此個人并不推薦這個方向。實際上，石墨烯與硅負(fù)極進(jìn)行復(fù)配，利用其導(dǎo)電性好、力學(xué)性能等特性來解決硅的體積變化的問題，已經(jīng)有了很多有意義的工作，商業(yè)化還是可期的。但是在這套技術(shù)中，石墨烯是與硅共同配合實現(xiàn)電極材料性能提升的，單純將其命名為”石墨烯電池“肯定也不準(zhǔn)確。

 

　　實際上，很多有識之士也指出，之前的CNT、C60材料經(jīng)過多年熱炒作，最后還是雷聲大雨點小，在工業(yè)實用化方面的進(jìn)展令人失望。實際上，石墨烯領(lǐng)域也有相似的擔(dān)憂，這也是石墨烯業(yè)內(nèi)人要共同努力避免的情況。好在石墨烯本身展現(xiàn)出了很多優(yōu)異性質(zhì)，近年來在業(yè)內(nèi)人士的努力下，在各領(lǐng)域中都已經(jīng)取得了很多突破，產(chǎn)業(yè)化在今后幾年將會迎來很大的進(jìn)展。

 

　　宮總還回答了一個問題：”石墨烯在鋰離子電池最可能發(fā)揮作用的領(lǐng)域只有兩個：直接用于負(fù)極材料和用于導(dǎo)電添加劑嗎！?“答：太早下定論。下面會告訴大家目前的制約因素，及該怎么突破。切記，石墨烯有 600多種（歐盟統(tǒng)計口徑），網(wǎng)絡(luò)上說石墨烯只有單層才符合是過時的信息，否則歐盟怎么會認(rèn)同這個數(shù)字呢？每種石墨烯都有可應(yīng)用的范疇，只要你具備更多石墨烯材料組合，就代表你比別人擁有更高的成功率。”

 

　　個人認(rèn)為問題本身的假設(shè)基本是靠譜的，即最可能發(fā)揮作用領(lǐng)域是負(fù)極材料和導(dǎo)電添加劑。宮總在這里認(rèn)為該假設(shè)太早下定論，然后說明石墨烯種類多，組合后就有很多可能性，實際上這樣的回答相當(dāng)于沒有回答。石墨烯誠然可以有許多中衍生變種，比如一層、兩層、三層，可能在成分中掛個氮、掛上氧等基團(tuán)等等，基于這些理念的確可以變化出很多種材料。但是，萬變不離其蹤，不管是有多少種石墨烯材料，其最根本的結(jié)構(gòu)仍然應(yīng)該是SP2雜化的單層平面結(jié)構(gòu)的碳材料。所以基于這樣的結(jié)構(gòu)，如果用在電池領(lǐng)域中，導(dǎo)電以及依靠碳與鋰的結(jié)合來儲鋰仍然是能其最基本的功能。

 

　　那既然宮總在這里說到了太早下定論，那正好借此機(jī)會我們在這里分析一下，石墨烯用于鋰離子電池其它部件中的可能性：

 

　　1）正極，通過控制其表面氧化等情況倒是可以使其具有比較高的對鋰反應(yīng)電位，但是材料穩(wěn)定性的控制，相對于其它正極材料優(yōu)勢有多大并不好說，或者是與LFP等材料做成復(fù)合正極，此時就是導(dǎo)電劑作用；2）負(fù)極，在這方面討論的文章已經(jīng)比較多了，不需要再做討論；3）隔膜，鋰電池的隔膜要求有機(jī)械性能、離子導(dǎo)通、不導(dǎo)電子、高溫下可以閉合孔隙保證安全，而這些功能石墨烯是滿足不了的，其電導(dǎo)率佳的特性甚至?xí)胸?fù)面影響，向這個方向應(yīng)用的可能性不大；4）集流體，這方面可以用石墨烯處理傳統(tǒng)鋁箔等材料，性能會有提升，此時就需要算一筆性能提升與成本提升的權(quán)衡賬了；另外也可以基于石墨烯的柔性等特性，制備新型柔性集流體，用于多功能的新型電池，但是這就已經(jīng)與在傳統(tǒng)鋰離子電池中應(yīng)用場景的討論偏離了，實際上筆者對于石墨烯在新型多功能電池中的應(yīng)用一直是持非常積極的看法的；5）電解液，要求離子導(dǎo)電，估計用在這里也是沒戲；6）各種外殼封裝材料，石墨烯強(qiáng)度是很高，但那是單原子層材料，不可能把基于原子鍵合強(qiáng)度計算來的理論強(qiáng)度完美地還原到體材料，而且如果這樣用石墨烯，成本恐怕也是工業(yè)界無法承受的。

 

　　此外，宮總還回答了“有所謂的‘石墨烯電池’嗎？”.他也認(rèn)為，該定義“并不恰當(dāng)”.然后舉的例子也都是一些和SnO2,Mn3O4,CuO 等電導(dǎo)率比較低的正極、負(fù)極納米材料復(fù)合，這些思路實際上還是印證了上面的觀點：即當(dāng)導(dǎo)電添加劑靠譜。另外一個Li4Ti5O12-石墨烯為電極的具有高充放電速率的柔性鋰離子電池，實際上這就已經(jīng)脫離了傳統(tǒng)鋰離子領(lǐng)域范疇了。

 

　　另外，宮總也否定了一種說法：“當(dāng)2017年石墨烯價格降到每公斤80美元時，就可以讓電池市場快速應(yīng)用的說法正確嗎？”個人完全同意。石墨烯用在電池中的問題，成本是一個原因，但絕對不是全部。石墨烯用在鋰離子電池工業(yè)中，替代其它原有材料，這是一種存量思維，既然是要配合現(xiàn)有的體系，那就應(yīng)該去問鋰電工業(yè)界，你們要什么材料，然后向這個方向努力。而現(xiàn)實卻是很多企業(yè)做的材料處于的狀態(tài)都是：“我們的材料性能很厲害，快來買”,問題是你ABC性能好了，DEF性能可能很差，工業(yè)常常要求門門功課及格，但你這個材料偏科，所以企業(yè)就是不愿用你的材料，這個真不能怪鋰電池工業(yè)界。

 

　　綜上所述，石墨烯用在鋰離子電池中的最大可能性仍然是導(dǎo)電劑與負(fù)極，但是具體在這兩方面應(yīng)用有多大的希望，就是一個投入、產(chǎn)出，各種性能平衡的問題了，需要學(xué)術(shù)與工業(yè)界一起深入探討。而如果石墨烯找到的應(yīng)用場景是一個增量思維為主的場所，即產(chǎn)生了全新的材料和器件，這樣的場合我是比較看好的，因為這是基于石墨烯本身優(yōu)異的特性量身打造的場景。老調(diào)重談一下，比如柔性電子器件，透明導(dǎo)電材料，催化劑等方面，個人更看好。鋰硫和超級電容方面，整個技術(shù)體系更新，石墨烯應(yīng)該也就更有機(jī)會。

 

 

　　超級電容，太陽能，燃料電池等

 

　　個人基本認(rèn)可宮總在這部分提出的觀點。石墨烯的物化特性更為符合超級電容的應(yīng)用。但宮總在這里也表明了一個觀點，說超級電容面臨著鋰離子的競爭，如果綜合性能不能進(jìn)一步的突破，也會面臨一些問題，這一點個人同樣贊成。比如量產(chǎn)的LG的高功率型鋰離子電池，能量密度達(dá)到100Wh/kg,功率密度有6000W/kg,這個綜合性能對于很多功率性場合已經(jīng)非常夠用了，超級電容想在這一領(lǐng)域與鋰離子交鋒，還需要不斷的革新進(jìn)步。

 

　　太陽能不是筆者的主業(yè)，發(fā)言權(quán)不大。但是從近來MIT公布的報告“The Future of Solar Energy AN INTERDISCIPLINARY MIT STUDY”來看，其中對于光伏領(lǐng)域中的傳統(tǒng)技術(shù)與新興技術(shù)的介紹中，幾乎沒有專門提到石墨烯。在這方面，筆者不清楚是不是基于石墨烯的太陽能電池技術(shù)仍處于技術(shù)發(fā)展的初級階段，關(guān)于這一點還需要專業(yè)人士前來解惑。不過筆者一直認(rèn)為，石墨烯做為透明導(dǎo)電材料，結(jié)合柔性光伏等器件來發(fā)展，應(yīng)該是很有前景的，但是此時石墨烯就仍然是一種輔助材料，或者說是重要的輔助材料，非要把它像鋰離子電池領(lǐng)域中一樣，定義成“石墨烯太陽能電池”,是否嚴(yán)謹(jǐn)，恐怕有待商榷。

 

　　石墨烯如果能在燃料電池-催化劑方向上產(chǎn)生突破，減少貴金屬的用量，個人認(rèn)為一定是非常有前途的，因為在這種情況下石墨烯的成本一下就變成了優(yōu)勢，這個大方向比較靠譜。不過具體如何，恐怕也需要燃料電池、催化方向的專家來詳解。

 

 

　　宮總在這里舉了兩個例子，一是華為手機(jī)產(chǎn)品線副總裁李昌竹，在2015年移動智能終端峰會上透露，可能在明年下半年使用石墨烯電池技術(shù)的消息，另外一個則是2015年上市的一款名為「開拓者α」的石墨烯手機(jī)。宮總也對這兩則消息持有更多的懷疑態(tài)度。在這里筆者想進(jìn)一步詳細(xì)介紹一下個人的觀點。

 

　　華為企業(yè)本身并不產(chǎn)電池，電池都是大的電池廠商提供。其實到這里就很明顯了，華為如果自己聲稱使用了“石墨烯電池”技術(shù)，那么該技術(shù)也是來自供應(yīng)商電池企業(yè)，根本不是華為自己的技術(shù)。如果該類電池特別厲害，這些電池企業(yè)不可能不為自己宣傳，不可能不想去搶占更高端的市場，可是你看見了嗎？松下18650仍在給TESLA供貨，LG 三星的動力電池在中國風(fēng)生水起，中國媒體總是驚呼“狼來了”,甚至有人說近來的暫?？蛙囀褂萌姵氐娘L(fēng)波就與抑制韓國電池有關(guān)。不難看出，這些企業(yè)的高端電池中，連“石墨烯電池”的影都沒看到，要知道三星在石墨烯領(lǐng)域的布局那不是一般的廣和深，因此問題就很簡單了，這樣宣傳石墨烯電池，恐怕炒作意圖太過明顯，關(guān)于這一點，許多其它能源媒體已經(jīng)報道過，這里無需再多評論。

 

　　宮總認(rèn)為我在之前文章中表達(dá)的觀點“能量密度無法翻倍，就斷言是比表面積等性質(zhì)與現(xiàn)有技術(shù)體系「無法兼容」”也未免太過武斷。然后強(qiáng)調(diào)“畢竟，氧化還原法的石墨烯材料雖然只有二三種，但我們已經(jīng)有超過200種以上組合（包括孔隙型粉末及薄片型粉末等）”.實際上關(guān)于這一點，本人在前面的回答中已經(jīng)表明了一個觀點，即這樣的回答實際上相當(dāng)于沒有回答。還是那句話，有多少種組合當(dāng)然很好，但是你的組合必須結(jié)合實際應(yīng)用的具體需求，找出一種至少在理論上可行的方案介紹給大家，才是解決問題的第一步。石墨烯很多的理化性質(zhì)與現(xiàn)在的鋰離子電池工業(yè)不太兼容并不只是一個推斷，而是目前的事實，是基于該工業(yè)的具體技術(shù)體系的得到的探索經(jīng)驗，以及許多工業(yè)界人員已經(jīng)證實的情況。另外宮總說到他們也有BET只有20左右的石墨烯，還是能滿足許多對BET有要求的情況的，這一點我倒是比較認(rèn)可，因為不同工藝制備的材料，性質(zhì)可能差別很大。但是這里的問題就是，BET只有20的石墨烯，是否還能叫做石墨烯：其結(jié)構(gòu)大概如何？厚度幾層？恐怕再廣義的石墨烯概念定義，也到不了這個地步，石墨烯微片的定義也許更為嚴(yán)謹(jǐn)。

 

　　接下來宮總對于我在幾個媒體上的發(fā)表的逐點剖析石墨烯用在電池工業(yè)中的意見做了點評，很有意思，在這里我也進(jìn)一步回應(yīng)一下。

 

 

　　（1）“a、成本問題。傳統(tǒng)導(dǎo)電炭黑和石墨都是論噸賣的（一噸幾萬元），論克賣的石墨烯哪天能降到這個價？此時使用的材料就是石墨微片（可能有幾十層），根本不是單層或數(shù)層的石墨烯。

 

　　”事實上，石墨烯成本目前的確已經(jīng)可以做到一噸十幾萬元，而且層數(shù)在六層以內(nèi)。我們試過在達(dá)成同樣的導(dǎo)電率下三者的滲濾閾值。石墨烯：碳納米管：碳黑約等于1:2:4,這說明石墨烯的性價比已經(jīng)超越導(dǎo)電碳黑。其實能否取代導(dǎo)電碳黑不是成本問題，而是石墨烯要能高于現(xiàn)有規(guī)格才有機(jī)會。因為需要形成導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，所以多層石墨烯比單層石墨烯更有用，我們發(fā)現(xiàn)六至十層的效果最佳。“如果宮總的技術(shù)已經(jīng)把成本降到了這個程度，我倒是基本認(rèn)同。成本只是石墨烯問題的一個方面，如果能解決了，當(dāng)然是有希望使用的。導(dǎo)電劑復(fù)配也是電池工業(yè)中的一大主流技術(shù)，優(yōu)化配比，得到最優(yōu)性能，探索的工作值得尊敬。

 

　　（2）b、工藝特性不兼容。就是石墨烯比表面積過大，會對現(xiàn)有鋰離子電池的分散均漿等工序帶來一大堆工藝問題。

 

　　”不同工藝下石墨烯會擁有不同時比表面積，例如我們用高溫工藝只得到20m2╱g,但低溫工藝卻可以得到900 m2╱g,千萬不要被理論比表面積 2,630 m2╱g給混淆。有關(guān)OakRidge National Laboratory與Vorbeck研究成果發(fā)現(xiàn)石墨烯對于漿料的工藝的性能有很消極的影響，并不表示別家的工藝下的石墨烯也會重現(xiàn)這種現(xiàn)象。“還是剛才說的那句話，如果能把比表面積降下來，當(dāng)然工藝性能會好很多，但此時的石墨烯材料是不是還能滿足石墨烯的定義，其微觀結(jié)構(gòu)究竟如何，恐怕我們還需要更多的信息。但從一般來說，石墨烯BET過大導(dǎo)致漿料粘稠化，是符合大家的認(rèn)知規(guī)律的。

 

　?。?）c、如果石墨烯做負(fù)極理論上最多是石墨負(fù)極兩倍的容量（720mAh/g），為什么不用硅？

 

　　”這點到目前是對的。但我們認(rèn)為鋰離子電池優(yōu)先要改善的重點反而不是負(fù)極材料，是正極材料。我們希望能各自改善正極、負(fù)極、隔膜及導(dǎo)電劑，再以系統(tǒng)的角度去取舍最后的規(guī)格，或許到最后還是會選擇硅也說不定，但絕對是朝硅╱石墨烯復(fù)材角度去進(jìn)行。沒辦法，誰叫我只會做、也只能做石墨烯。“與正極與負(fù)極材料的復(fù)合當(dāng)然是石墨烯的重要應(yīng)用方向。但是工業(yè)中制備正負(fù)極材料的工藝大多簡單粗暴，基本都是微米級的工藝，如何把分散要求高，納米級的石墨烯均勻的混入其實是個難題，另外很多材料是要求氧化氣氛合成的，此時石墨烯對于這一類材料來說就又有一些額外的困難。當(dāng)然了，這些都是技術(shù)困難，但是理論上的可行性至少都沒有問題，具體如何實現(xiàn)，當(dāng)然要靠科研界和工業(yè)界的共同努力了（強(qiáng)調(diào)一下，光有實驗室的結(jié)果，不夠）。

 

　?。?）d、石墨烯是可以做導(dǎo)電劑促進(jìn)快充放，理論上可以提高倍率性能，但石墨烯如果把它展開與電極活性物質(zhì)復(fù)合，會堵塞鋰離子擴(kuò)散的通道。

 

　　”我說過石墨烯不會單獨(dú)存在，必須以復(fù)合材料的型態(tài)出現(xiàn)，無論是作為正極、負(fù)極還是隔膜材料。最近，我們也在思考鋰離子吸附脫附原理，甚至想用3D 結(jié)構(gòu)的石墨烯，包括氣凝膠或泡沫狀也是這個道理，擴(kuò)散通道的解決方案不會很難的。“回答同上一條，可能不那么容易，但是理論上應(yīng)該都具有可行性，具體能不能行，要看這個技術(shù)能不能中試，在工業(yè)上實現(xiàn)驗證，而不只是停留在實驗中。能不能行，就讓我們拭目以待吧。

 

　　結(jié)語：路漫漫其修遠(yuǎn)，東邊不亮西方也會亮

 

　　”第一，石墨烯作為重要的新材料，在智能手機(jī)、新型顯示、鋰離子電池、太陽能光伏等電子信息行業(yè)多個重要領(lǐng)域應(yīng)用前景廣闊，當(dāng)前石墨烯材料仍處于產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用初期，在上述領(lǐng)域大規(guī)模應(yīng)用仍需開展大量工作。

 

　　第二，石墨烯材料在新一代信息技術(shù)產(chǎn)業(yè)的大規(guī)模應(yīng)用，應(yīng)與下游需求緊密結(jié)合，注重材料研發(fā)、產(chǎn)品設(shè)計、制備工藝等環(huán)節(jié)的統(tǒng)籌謀劃，構(gòu)建產(chǎn)業(yè)生態(tài)新模式，打造需求牽引、同步研發(fā)、緊密耦合的產(chǎn)業(yè)發(fā)展模式，推動石墨烯材料在新一代能源技術(shù)領(lǐng)域中盡早應(yīng)用。“除了在鋰離子電池中的應(yīng)用個人不太同意以外，其它觀點基本都贊同，這種研發(fā)模式和理念相對來說是比較務(wù)實的。個人其實一直持有一個觀點：如果是存量思維，搞取代（如用在鋰離子電池），那你的材料一定要去全盤迎合現(xiàn)有的體系的要求，并在某些指標(biāo)上有突破，這樣才有優(yōu)勢；要么就用增量思維，直接去應(yīng)戰(zhàn)開拓新的領(lǐng)域（柔性電子器件、鋰硫、燃料電池等），這樣這套體系一開始就是為你建立的，標(biāo)準(zhǔn)都是為你打造的，這才叫龍頭統(tǒng)治地位。

 

　　所以也衷心希望我國的石墨烯工業(yè)，在存量思維上能夠緊密結(jié)合對接工業(yè)界的實際需求，緊密合作，扎實創(chuàng)新；在增量領(lǐng)域中要敏銳捕捉新興領(lǐng)域的發(fā)展機(jī)會，敢于創(chuàng)新，大膽突破。只要這樣，相信必能實現(xiàn)國家寄希望于石墨烯，做大做強(qiáng)中國工業(yè)的殷切希望。