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“学霸型”纳米新材料石墨烯在储能和复合材料领域 应用前景大好

放大字体  缩小字体 发布日期:2019-03-26  来源:前瞻经济学人  作者:中国碳谷网  浏览次数:40
核心提示:中国碳谷网讯 石墨烯作为一种学霸型纳米新材料各项性能突出,应用领域广泛,目前主要被应用在能源、复合材料以及过滤净化等领域。
中国碳谷网讯  石墨烯作为一种“学霸型”纳米新材料各项性能突出,应用领域广泛,目前主要被应用在能源、复合材料以及过滤净化等领域。而由于石墨烯研发成本高、尚未完全实现产业化,因此市场应用未得到全面推广,未来随着技术和商用的成熟,石墨烯在储能和复合材料领域的应用将得到大幅扩大。

石墨烯性能优势突出,应用领域广泛

石墨烯是一种由碳原子以sp2杂化轨道组成六角型呈蜂巢晶格的单层纳米新材料,是目前发现的最薄、强度最大、导电导热性最好的一种新型材料,在电学性能、热学性能、吸光率、穿透性、机械性能等物理、化学性质上全方位表现突出,因此被称为“学霸型”新材料、“黑金”、“材料之王”,从被制备到投入应用以来一直广受关注。


目前全球石墨烯由于研发成本高,仍未完全实现产业化。从全球石墨烯商业化产品的发展现状来看,一方面,中国在石墨烯研发和产品市场应用方面已经走在了世界前列;另一方面,在应用领域上,目前市场上石墨烯应用最大的领域是复合材料和能源,其次在过滤净化等其他领域也有少量应用。未来石墨烯还将在储能材料(锂电池、超级电容器)、半导体、显示器件、热管理、材料学、环保、生物医学、航空航天等多个领域实现产业化,应用领域广泛,市场前景大好。


石墨烯在复合材料和能源领域的应用前景广阔,二者将占据一半以上市场份额

更具体的,在复合材料领域,石墨烯成本的降低加快了产业化的进程。目前,石墨烯主要应用在导电油墨、导热膜片、防腐涂料、增强材料(塑料、合金)等领域。其中,石墨烯在导电油墨和增强材料领域的应用已经非常成熟,并已实现产业化;而在导热膜片和防腐涂料领域的应用也较为成熟,处在产业化早期阶段。

值得一提的是,一方面,在技术上,石墨烯是以微粒的形式与其他材料复合,石墨烯表面平滑,填料-基质界面相互作用力不强,分散不均匀;另一方面,在市场上,国内石墨烯产能严重过剩,石墨烯下游应用需求乏力,定位不明确,因此市场上很难看到真正合格的石墨烯产品。而这两大因素直接制约了石墨烯在复合材料领域的应用。


而在能源领域,石墨烯主要用于电极材料、半导体芯片和传感器等产品的生产。其中,石墨烯对提高锂电池性能作用显著,石墨烯-锂电池的优势主要体现在:其一,和现有各类电池比,石墨烯-锂电池的单位重量下的电池能量密度可以达到传统电池的3倍,输出能量更高;其二,在传统锂电池的应用上,若将负极石墨用石墨烯替换,充电速度可以提高10倍;其三,石墨烯作为最好的导热材料,能够更好的散热、提高电池稳定性,防止电池失效短路。


但是,尽管单位重量上石墨烯输出能量更高,但其单价却远高于成品石墨粉,因此制约了石墨烯在锂电池工业生产中的应用,短期内难以实现大规模商业化应用。但从未来趋势来看,一方面,石墨烯作为导电剂添加到电极材料中,效果高于天然石墨和乙炔黑,能提高循环性能;另一方面,石墨烯的特殊纳米结构使其具有高比表面积,同时具有良好稳定性,可用于开发石墨烯基复合电极材料,如石墨烯/硅基、石墨烯/锡基、石墨烯/金属氧化物等。因此,尽管目前石墨烯在锂电池领域的应用尚未得到推广,但是未来有极好的想象空间。


综上,尽管目前石墨烯的应用80%左右仍停留在科研领域,但是未来随着石墨烯产业化的不断推进,其领域领域将得到推广,其中复合材料和能源(储能)将是其应用的最大市场。根据IDTechEx的预测,到2026年,全球将分别有24%和38%左右的石墨烯被应用在复合材料和储能器件,此外,石墨烯在涂料、墨、传感器、电路以及透明导电薄膜等领域也将被得到较好的应用。



 
 
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