石墨烯儲(chǔ)能競賽，中關(guān)村再添一“子”

鮑燁童

自成立伊始，北京中關(guān)村一直是引領(lǐng)全國乃至全球范圍內(nèi)創(chuàng)新革命的主戰(zhàn)場之一。這種創(chuàng)新的引領(lǐng)性，不僅體現(xiàn)在制定政策和規(guī)章，營造鼓勵(lì)創(chuàng)新、包容創(chuàng)業(yè)的良好環(huán)境，還體現(xiàn)在扶持企業(yè)創(chuàng)新實(shí)踐，對(duì)前沿技術(shù)給予認(rèn)同和支持的態(tài)度。

如今，這種創(chuàng)新的引領(lǐng)性還體現(xiàn)在以石墨烯為主的新材料創(chuàng)新的企業(yè)實(shí)踐當(dāng)中。在這場波及全球的石墨烯創(chuàng)新競賽中，以中關(guān)村企業(yè)為代表的科技創(chuàng)新機(jī)構(gòu)已經(jīng)站在了行業(yè)前沿。

2017年春，當(dāng)人們還沒有從新年的爆竹聲中回過神來，一個(gè)重磅消息“炸”響了微信朋友圈——位于北京中關(guān)村的通信領(lǐng)域的獨(dú)角獸企業(yè)華為公司宣布，推出石墨烯助力的高溫鋰離子電池。

而在這之后的一個(gè)多月時(shí)間里，又一家位于中關(guān)村的新材料創(chuàng)新型公司——碳世紀(jì)，在北京汽車博物館召開了石墨烯鋰離子五號(hào)充電電池烯儲(chǔ)霸王產(chǎn)品發(fā)布會(huì)。

在發(fā)布會(huì)現(xiàn)場，該公司董事長閆立群公開宣稱，烯儲(chǔ)霸王產(chǎn)品是中國首款石墨烯鋰離子五號(hào)充電電池。與普通5號(hào)干電池、充電電池相比，該款電池優(yōu)勢明顯，可循環(huán)使用3萬次以上，能夠在-45℃～60℃的環(huán)境下使用，這些性能都是普通電池所不能及的。最為重要的是，該款電池能夠?qū)崿F(xiàn)量產(chǎn)。

辯論：石墨烯電池真的存在嗎？

比較有趣的是，這次產(chǎn)品發(fā)布會(huì)被碳世紀(jì)舉辦成了一場小型的行業(yè)研討會(huì)。主辦方邀請(qǐng)了中關(guān)村石墨烯產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟代表以及知名媒體代表，共同探討了石墨烯這一新型材料作為儲(chǔ)備能源的合理性以及創(chuàng)新性。

去年以來，石墨烯電池被炒得沸沸揚(yáng)揚(yáng)。很多業(yè)內(nèi)人士對(duì)石墨烯電池抱有懷疑，甚至是質(zhì)疑的態(tài)度。所以，在發(fā)布會(huì)現(xiàn)場，主辦方首先拋出了一個(gè)問題：石墨烯電池到底是真的嗎？

據(jù)此，閆立群指出了石墨烯電池的技術(shù)原理。“石墨烯電池的全稱應(yīng)該是石墨烯改性鋰離子電池，其應(yīng)用制作電池共有四種方法，一是直接用在負(fù)極；二是作為正極的導(dǎo)電添加劑使用，所有鋰電池都要加導(dǎo)電添加劑，原來是加導(dǎo)電炭黑，現(xiàn)在用石墨烯替換炭黑，相對(duì)比較低端。三是直接在鋰電池正極表面進(jìn)行包覆，因?yàn)殇囯娬龢O材料是金屬氧化物，時(shí)間長之后會(huì)導(dǎo)致氧化，導(dǎo)電性減弱，石墨烯覆蓋后會(huì)解決該問題，提升微觀導(dǎo)電性，無法比擬宏觀的金屬導(dǎo)電性。四是直接作為電極材料的骨架，以此增加正極材料強(qiáng)度，同時(shí)使石墨烯成為了正極的骨骼，整體提升鋰電池壽命，提高微觀導(dǎo)電性和電池的安全性能，烯儲(chǔ)霸王使用的是第四種方法?！?/p>

據(jù)悉，被命名為“烯儲(chǔ)霸王”的石墨烯充電電池，是碳世紀(jì)繼去年全球首款石墨烯空氣凈化器與全球首個(gè)石墨烯高端產(chǎn)業(yè)應(yīng)用——“石墨烯表面波探測技術(shù)”發(fā)布之后的又一重大產(chǎn)品。

石墨烯鋰離子充電電池烯儲(chǔ)霸王是標(biāo)準(zhǔn)5號(hào)電池，直徑為14.5mm，高度50mm。5號(hào)電池在很多小電器和數(shù)碼產(chǎn)品中廣泛使用，為家庭必備電池，此后還將推出7號(hào)電池。

更為詳盡的性能指標(biāo)是，烯儲(chǔ)霸王與普通5號(hào)電池相比優(yōu)勢明顯，每節(jié)電池額定電壓為1.9V，即電池的放電平臺(tái)電壓為1.9V，比普通干電池的1.5V高0.2v，可以帶來更強(qiáng)勁的動(dòng)力。另外，與普通充電的鎳氫電池相比，在正確的充放電條件下，循環(huán)壽命高達(dá)3萬次，普通充電的鎳氫電池充電次數(shù)為1000次。工作溫度為-40℃～65℃，普通鎳氫電池工作環(huán)境0℃～40℃，普通鋰電池工作環(huán)境為-10℃～40℃。

據(jù)了解，當(dāng)電池在超出工作環(huán)境范圍溫度時(shí)，就會(huì)造成電池電壓過低，達(dá)不到電器用電要求時(shí)，最直接的表現(xiàn)是直接關(guān)機(jī)或停用。

閆立群介紹，“普通的干電池是鋅錳電池，是用碳做正極，用鋅筒做負(fù)極。普通鋰電池主要以磷酸鐵鋰做正極，石墨做負(fù)極。烯儲(chǔ)霸王是石墨烯改性的鈦酸鋰負(fù)極鋰電池，磷酸鐵鋰做正極，采用石墨烯包覆的鈦酸鋰材料做為電池負(fù)極（普通鋰電池負(fù)極是碳，普通干電池負(fù)極是鋅片），大大提高了電子導(dǎo)電率，能夠快速充電。石墨烯包覆后的鈦酸鋰和電池中的電解液反應(yīng)時(shí)的產(chǎn)氣率大大降低，有效提高了電池的高溫循環(huán)壽命?！?/p>

避開創(chuàng)新型公司“求大求全”的心理，碳世紀(jì)這次的產(chǎn)品非常接地氣，它首先選擇了5號(hào)充電電池作為創(chuàng)新的切入點(diǎn)，從小處著手，以小搏大，進(jìn)而延伸至石墨烯儲(chǔ)能的其他模式創(chuàng)新之中。閆立群干脆地強(qiáng)調(diào)，民用電池為人們所需要，能夠立馬就用得上，“我們的石墨烯應(yīng)用產(chǎn)品都是能夠直接投入市場的，并且方便實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)”。

在他看來，科學(xué)技術(shù)要轉(zhuǎn)為生產(chǎn)力才能改變?nèi)藗兊纳睿瑥亩鵀槿藗兊男腋Ｗ龀鲐暙I(xiàn)。碳世紀(jì)始終堅(jiān)持并踐行的一份夢(mèng)想就是運(yùn)用石墨烯把科學(xué)發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)力，真正的實(shí)現(xiàn)“科學(xué)與技術(shù)讓人們的生活更美好”。

創(chuàng)新：石墨烯應(yīng)用技術(shù)接連發(fā)布

作為中關(guān)村豐臺(tái)園的一家高新技術(shù)企業(yè)，碳世紀(jì)只專注于石墨烯工業(yè)化生產(chǎn)和石墨烯下游應(yīng)用技術(shù)及產(chǎn)品的研發(fā)與產(chǎn)業(yè)實(shí)踐。

作為一家新材料研發(fā)和制備公司，碳世紀(jì)的團(tuán)隊(duì)具備極強(qiáng)的科研和創(chuàng)新精神。在做足了石墨烯制取和創(chuàng)新的技術(shù)積累基礎(chǔ)上，這家公司正在以每兩三個(gè)月為周期發(fā)布一項(xiàng)石墨烯應(yīng)用的創(chuàng)新技術(shù)，令業(yè)界不可小覷。

截至目前，碳世紀(jì)已建成全球首條石墨烯（單層碳原子）噸級(jí)示范生產(chǎn)線，成功研制的新技術(shù)和新產(chǎn)品應(yīng)用分別為石墨烯光致電推動(dòng)技術(shù)、石墨烯發(fā)動(dòng)機(jī)油節(jié)能改進(jìn)劑、超級(jí)電容器用石墨烯改性活性炭、石墨烯改性塑料、石墨烯空氣凈化系列產(chǎn)品和技術(shù)、石墨烯表面波探測技術(shù)等。

以石墨烯空氣凈化系列產(chǎn)品為例，公司技術(shù)團(tuán)隊(duì)利用石墨烯對(duì)活性炭進(jìn)行改性，在不破壞活性炭內(nèi)部結(jié)構(gòu)的情況下，增加了活性炭表面官能團(tuán)的含量和表面活性位點(diǎn)，進(jìn)而提高了活性炭對(duì)有毒氣體的吸附效率和吸附量，也避免了普通活性炭物理吸附造成的二次污染。相同質(zhì)量的石墨烯與吸附炭，石墨烯對(duì)甲醛的飽和吸收量是吸附炭飽和吸收量的116倍。1個(gè)小時(shí)時(shí)間內(nèi)，碳世紀(jì)在30m3空間中測試濾網(wǎng)對(duì)甲醛的吸附效果，發(fā)現(xiàn)使用石墨烯濾網(wǎng)后甲醛的吸附效果提高40%。

除此之外，最令人記憶深刻的是石墨烯表面波探測技術(shù)的發(fā)布。這一技術(shù)是石墨烯表面形成的波在探測技術(shù)方面的應(yīng)用。這一技術(shù)的優(yōu)勢在于利用石墨烯超高的靈敏度和超快的響應(yīng)速度，從而替代基于傳統(tǒng)SPR技術(shù)的探測系統(tǒng)。據(jù)碳世紀(jì)研發(fā)人員透露，該公司研發(fā)的石墨烯表面波探測技術(shù)，遠(yuǎn)高于SPR的響應(yīng)速度和靈敏度，能夠?yàn)榭茖W(xué)研究提供更加準(zhǔn)確、快捷的數(shù)據(jù)信息，從而極大地提高探測技術(shù)在科技、醫(yī)療、安防等行業(yè)中的應(yīng)用效果，甚至幫助特殊人群完成“不可能完成的任務(wù)”。

談到該技術(shù)原理，閆立群強(qiáng)調(diào)，聾啞人嘗試說話時(shí)，雖然無法通過聲帶振動(dòng)發(fā)出聲音，但卻會(huì)和健全人說話時(shí)一樣，會(huì)產(chǎn)生濕潤的氣流。在探測窗口的傳感器上有一層石墨烯膜，它能夠捕捉到人們說話時(shí)嘴中氣體濕度的細(xì)微變化。隨后，后臺(tái)的識(shí)別程序能夠?qū)l(fā)出不同詞句時(shí)的濕度頻率數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成相對(duì)應(yīng)的語言信息，借助音響設(shè)備發(fā)聲，就能幫助聾啞人用常人的聲音表達(dá)自己，讓人們“聽”懂聾啞人說話了。

在投資商的大力追捧下，相信碳世紀(jì)的創(chuàng)新技術(shù)和應(yīng)用產(chǎn)品將發(fā)揮出巨大的商業(yè)與社會(huì)價(jià)值，在全球石墨烯技術(shù)革命中增添一筆絢麗的華章。