石墨烯電池一場騙局而已是真的嗎？

盡管石墨烯自身的優(yōu)勢讓其應(yīng)用前景越來越被看好，但是一種截然不同的說法也是斬釘截鐵：石墨烯電池一場騙局而已。這是怎么回事呢?

2015年3月，中科院重慶綠色智能技術(shù)研究院宣布推出一款名為“影馳SETTLERα”的石墨烯電池手機(jī)，根據(jù)當(dāng)時的宣傳，其透光率高達(dá)97%，手機(jī)充電速率提高了40%，電池壽命延長了50%，電池的能量密度也增加10%。因為和石墨烯沾邊，盡管這款手機(jī)只相當(dāng)于千元級配置，售價也得以高達(dá)2499元。8個月過去，這款石墨烯電池手機(jī)盡管彼時宣布首批推出3萬臺，卻一直未在市場銷售。

還有就是人們可以買到其他可種各樣的與石墨烯相關(guān)的產(chǎn)品。比如石墨烯襪子和內(nèi)衣，根據(jù)宣傳，產(chǎn)品中添加了生物質(zhì)石墨烯“內(nèi)暖”纖維，這是一種全新的智能多功能復(fù)合纖維，“具有激活免疫細(xì)胞、防護(hù)紫外線、改善微循環(huán)、抗菌抑菌、增溫增陽等特性，還可以除臭”。還有智能文胸，通過內(nèi)置感應(yīng)器測量女性胸部溫度細(xì)微變化，有效預(yù)防腫瘤及乳腺癌，這些所謂的石墨烯產(chǎn)品價格不菲，一雙襪子的價格超過50元，一條內(nèi)褲的價格接近300元，一條石墨烯腰帶的價格需近600元，而發(fā)熱服則賣到1700元以上。但是實際上卻沒有宣傳的那樣功能，很多石墨烯產(chǎn)品就是一個彌天騙局。

根據(jù)記者了解，石墨烯目前主要分兩種：單原子薄膜石墨烯以及石墨烯粉體。前者的制備主要是以甲烷、乙炔等含碳?xì)怏w為原料，利用化學(xué)氣相沉積的方式合成，和石墨或者秸稈沒有什么關(guān)系。

除開騙局明顯的石墨烯內(nèi)褲，為多家研究所和企業(yè)熱衷研發(fā)的“石墨烯電池”、“石墨烯鋰電池”同樣被指是在撒謊。

目前，石墨烯應(yīng)用在電池領(lǐng)域的做法，一般是在鋰電池的正負(fù)極中，添加石墨烯材料。“這種做法顯然是誤導(dǎo)?！苯眨迦A能源互聯(lián)網(wǎng)研究員劉冠偉質(zhì)疑“石墨烯電池”的文章在網(wǎng)上熱傳。

在這篇名為《傳說中的“石墨烯電池”技術(shù)，難道是一場彌天大謊?》文章中，劉冠偉一開始就給出了明確觀點：

石墨烯電池”這個技術(shù)接近于不存在，石墨烯只有在理論上能夠提高充放電速率，而對于容(能)量的提升基本沒有任何幫助(期望“石墨烯電池”可以解決手機(jī)/電動汽車?yán)m(xù)航的人要失望了)，其噱頭意義遠(yuǎn)大于實用價值。

劉冠偉稱，根據(jù)經(jīng)典的電化學(xué)命名法，一般智能手機(jī)使用的鋰離子電池應(yīng)該命名為“鈷酸鋰-石墨電池”。之所以稱為“鋰離子電池”，是因為鋰離子在其中起到主要作用?！皣?yán)格意義上來講，石墨烯只是在電池中做輔助作用，因此不能將應(yīng)用了石墨烯的電池，直接稱作‘石墨烯電池’。”

在劉冠偉看來，現(xiàn)在基本進(jìn)入市場的，只有石墨烯作為“導(dǎo)電添加劑”應(yīng)用到鋰電池中。但就連“添加劑”式的應(yīng)用，也頗多質(zhì)疑。

石墨烯可以做導(dǎo)電劑，促進(jìn)鋰電池快充放，理論上能提高倍率性能，但若分散工藝不到位，混料不均，一切都是空中樓閣;另外，目前物美價廉的材料很多，并不一定非要使用價格昂貴的石墨烯?！?/span>

記者注意到，劉冠偉的觀點，得到了張元波、其魯、復(fù)旦大學(xué)高分子科學(xué)系教授盧紅斌、哈爾濱工業(yè)大學(xué)化工學(xué)院應(yīng)用化學(xué)系教授袁國輝等諸多業(yè)內(nèi)資深專家的認(rèn)同。

“到現(xiàn)在誰能拿出數(shù)據(jù)嗎?誰家做出這樣的電池了嗎?”其魯也認(rèn)為，“鋰電池的正極和負(fù)極都是層狀物的結(jié)構(gòu)，所以在一定的外界條件下，才能形成從正極到負(fù)極的遷移。而石墨烯是一個單層的碳原子環(huán)狀結(jié)構(gòu)，就是它本身的化學(xué)物理性質(zhì)決定它，不會形成鋰電池單獨的負(fù)極材料。”

石墨烯電池到底是不是一場騙局而已?

對于業(yè)內(nèi)專家的質(zhì)疑，作為“中國石墨烯產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟”秘書長，李義春的說法是：“業(yè)界雖然有爭議，但科技創(chuàng)新，什么事情都可能發(fā)生，有些專家認(rèn)為不可能的事情，好多都實現(xiàn)了，有些專家又過于武斷，但是我們要有開放的心態(tài)。”

截至目前，無法得知青島最新研發(fā)出的“世界領(lǐng)先石墨烯鋰電池”真面目，華為方面的回復(fù)是“對石墨烯有研究，但不會這么快作為商用?！倍鳛橹锌圃荷虾９杷猁}所“石墨烯超強(qiáng)電動車電池”團(tuán)隊的負(fù)責(zé)人，黃富強(qiáng)的辯解則是“大家從不同角度會得出不同的結(jié)論，然而實質(zhì)是同一個。”

事實上，就連因為發(fā)現(xiàn)石墨烯而獲得2010年諾貝爾獎的安德烈·蓋姆，對國內(nèi)目前瘋狂熱炒的石墨烯同樣看不懂。2015年10月底，蓋姆在出席青島舉辦的一個石墨烯產(chǎn)品展示會上時，就不顧主辦方的臉色明確表示“包括石墨烯電池在內(nèi)的許多應(yīng)用產(chǎn)品目前來說也許存在炒作的嫌疑?！?/span>

在蓋姆出席會議的當(dāng)天，由中國石墨烯產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟首發(fā)的《2015全球石墨烯產(chǎn)業(yè)研究報告》也一同發(fā)布，其顯示中國不僅2012年底研究石墨烯的論文發(fā)表數(shù)目位列全球第一，而且近三年專利數(shù)量迅升首位。

不過，蓋姆在接受中國媒體采訪時同樣不客氣地指出，許多已發(fā)表的石墨烯論文中，一半的研究會被廢棄掉。另一方面，許多專利，特別是產(chǎn)自大學(xué)的專利，其中90%并沒什么價值，99%的專利最終會作廢，維護(hù)這些專利也會花很多費用，很多人為此在浪費生命。

“中國雖然在石墨烯論文發(fā)表量上位居全球首位，但不少科研院所并不知道產(chǎn)業(yè)界到底要什么，科研和應(yīng)用脫節(jié)問題突出?！鼻迦A大學(xué)深圳研究生院院長、碳材料專家康飛宇公開表示。

這些質(zhì)疑，并不能讓中國石墨烯從業(yè)者的腳步有所停留。1月16日，常州西太湖科技產(chǎn)業(yè)園舉行石墨烯項目入駐簽約儀式，21個石墨烯項目集體落戶常州。常州西太湖科技產(chǎn)業(yè)園黨工委書記劉志峰表示，常州石墨烯產(chǎn)業(yè)正在向“打造一個百億規(guī)模的特色產(chǎn)業(yè)”目標(biāo)邁進(jìn)。

像常州這樣的石墨烯產(chǎn)業(yè)園在國內(nèi)已有很多。根據(jù)記者了解，在重慶、無錫、青島、唐山等地，都已形成了相當(dāng)規(guī)模的石墨烯產(chǎn)業(yè)園。而更多的石墨烯產(chǎn)業(yè)園，則有望在2016年相繼開花。

石墨烯電池產(chǎn)業(yè)商業(yè)化路漫漫

“現(xiàn)在國內(nèi)的石墨烯應(yīng)用，真正做石墨烯的企業(yè)其實沒有幾家，很多都是原來做石墨等碳材料的企業(yè)，甚至完全不相關(guān)的企業(yè)打著石墨烯的旗號，或者炒作股票，或者爭取國家基金，真正做石墨烯并且真正能賺錢的企業(yè)幾乎沒有?！鼻迦A大學(xué)材料學(xué)院微納力學(xué)中心教授朱宏偉說。

而在劉冠偉看來，不僅是國內(nèi)的很多石墨烯是騙局，國外項目炒作的也不少。在他那那篇質(zhì)疑石墨烯電池的文章中，劉冠偉就表示“有石墨烯電池的西班牙Graphenano公司”無論是宣稱合作的三家德國汽車企業(yè)，還是在專利局網(wǎng)站，都找不到任何有效信息。

那么，被寄予厚望的“新材料萬能之王”，為何處于如此尷尬的爭議境地?

根據(jù)記者了解，原因有三方面：一方面，無論國內(nèi)還是國外，在技術(shù)上都沒有找到獲得大面積單晶石墨烯的工業(yè)合成法，另一方面，在市場上石墨烯下游產(chǎn)業(yè)鏈尚未形成，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)化運營。

早在2010年，韓國成均館大學(xué)和三星公司的研究人員，就制造出由多層石墨烯和聚酯片基底組成的透明可彎曲顯示屏。當(dāng)時，論文通訊作者、成均館大學(xué)教授洪秉熙就提出，他們的方法可用于制造基于石墨烯的太陽能電池、觸摸傳感器和平板顯示器。但他當(dāng)時也承認(rèn)，大規(guī)模制造和商業(yè)化還為時尚早——5年過去，洪秉熙的方法在韓國都還是停留在三星和成均館大學(xué)的實驗室。

最后一方面，是石墨烯制備成本問題。由于無法量產(chǎn)，石墨烯制備成本也一直居高不下，成本昂貴也阻礙了下游市場的產(chǎn)業(yè)化步伐。此前石墨烯價格高達(dá)5000元/克，比黃金還貴10幾倍?！澳瞧棵膊惑@人的東西比黃金還貴，幾克石墨烯粉末就價值幾十萬元人民幣，我們坐飛機(jī)的時候都是分開幾個人進(jìn)行運送，怕被安檢沒收。”一名做石墨烯研究的創(chuàng)業(yè)公司曾經(jīng)如此形容。

在加拿大，Grafoid和新加坡國立大學(xué)成立了世界最大的石墨烯研究中心(NUS)，并且在2014年啟動位于安大略省的全新生產(chǎn)基地，這個約占2萬平方的基地主要生產(chǎn)石墨烯粉，當(dāng)時，該公司負(fù)責(zé)人表示他們能以低廉的價格大規(guī)模生產(chǎn)高品質(zhì)的石墨烯。不過，1年多過去，這個基地并未有任何新的消息。

所以，真正阻撓石墨烯大規(guī)模應(yīng)用的，主要還是技術(shù)問題。其中低成本、大規(guī)模、高品質(zhì)石墨烯的一致性和可重復(fù)合成方法的開發(fā)，是最大的困難。

人們耳熟能詳?shù)娜な?，是安德烈·蓋姆用透明膠帶得到了石墨烯。但人們不知道的是，這種方法得到的石墨烯尺寸很小，一般在10微米-100微米之間，存在產(chǎn)率低和成本高的不足，不能滿足工業(yè)化和規(guī)?；a(chǎn)要求。

后來，氧化石墨還原法是制備石墨烯最常用的方法之一。但這種方法得到的主要是石墨烯粉體，而且缺陷非常多，電學(xué)、力學(xué)性能都較差，需要用濃硫酸氧化石墨，其工業(yè)上廢液的處理是一個難題。

此后，人們想到制備石墨烯未必要使用石墨，只需要設(shè)法讓碳原子結(jié)成一層薄膜?；瘜W(xué)氣相沉積法(CVD)應(yīng)運而生，這種方法是將乙烯或乙炔等氣體導(dǎo)入到一個反應(yīng)腔內(nèi)，讓這些氣體在高溫下分解，經(jīng)過冷卻后，碳原子就沉積在基底表面形成石墨烯。雖然CVD能滿足規(guī)?；苽浯竺娣e、高質(zhì)量的石墨烯要求，但問題是，由于其成本較高和工藝復(fù)雜等缺點，限制了這種方法在石墨烯制備中的應(yīng)用。

由于制備方法上巨大的差異，石墨烯粉體和CVD薄膜之間的價格也要相差上千倍。例如1克石墨烯粉體只需要不到10元，而1平方米石墨烯薄膜要幾十元到上百元，其重量其實不到1毫克。

還有一種主要方法——溶劑剝離法。由于整個液相剝離的過程沒有在石墨烯的表面引入任何缺陷，為其在微電子學(xué)、多功能復(fù)合材料等領(lǐng)域的應(yīng)用提供了廣闊的應(yīng)用前景，缺點同樣是產(chǎn)率很低。

因此，從應(yīng)用的角度，石墨烯目前在國內(nèi)外都是在講故事的階段?！俺酥猓壳笆┰谙M電子產(chǎn)品中的尺寸、均勻性和可靠性等工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)還未確定，因此石墨烯在消費電子產(chǎn)品上的實際用途還未顯示出來。”朱宏偉認(rèn)為，石墨烯目前可以在實驗室中做小規(guī)模器件，但批量生產(chǎn)與集成質(zhì)量沒法保證?！捌鸫a現(xiàn)在還看不到希望?！?/span>

事實上，就連蓋姆本人，對現(xiàn)在石墨烯目前的這種商業(yè)化方式也存保留意見，蓋姆認(rèn)為石墨烯是一個引子，帶動了更廣泛二維材料的發(fā)展。但對于石墨烯來說，從物理學(xué)的角度，已經(jīng)到了一個瓶頸，未來除非有更大的突破，很難有進(jìn)一步的提升。

石墨烯發(fā)展大事記

2004年：安德烈.蓋姆和康斯坦丁.諾沃肖洛夫以簡單的膠帶機(jī)械剝離方法獲得了石墨烯。二人因此獲得了2010年諾貝爾物理學(xué)獎。

2009年12月：日本富士通研究所宣布成功用石墨烯制作晶體管。

2010年2月：IBM開發(fā)出石墨烯FET(場效應(yīng)晶體管)。

2010年6月：三星與韓國成均館大學(xué)教授飯島澄男采用石墨烯制作出柔性透明電極。

2012年1月：江南石墨烯研究院及二維碳素等公司宣稱聯(lián)合研制成功全球首款手機(jī)用石墨烯電容觸摸屏。

2012年8月：諾基亞披露其研發(fā)部門在研究石墨烯光電傳感器。

2012年9月：索尼宣稱開發(fā)出用卷對卷工藝制造石墨烯。

2013年1月：中科院重慶研究院宣稱研制出國內(nèi)首片15英寸的單層石墨烯。

2013年5月：江蘇常州二維碳素科技有限公司稱全球最大規(guī)模石墨烯透明導(dǎo)電薄膜生產(chǎn)線正式投產(chǎn)，年產(chǎn)能達(dá)3萬平方米。

2013年11月：常州第六元素材料科技股份有限公司年產(chǎn)100噸氧化石墨烯、石墨烯粉體生產(chǎn)線投產(chǎn)。

2014年4月：三星宣稱開發(fā)出在半導(dǎo)體晶圓上形成單晶石墨烯技術(shù)。

2014年7月：IBM宣布將在未來5年內(nèi)投資30億美元用于石墨烯開發(fā)。

2015年：《中國制造2025》由國務(wù)院正式頒布，再次將石墨烯作為新能源提上日程。

石墨烯對物理學(xué)基礎(chǔ)研究有著特殊意義，它使一些此前只能紙上談兵的量子效應(yīng)可以通過實驗來驗證，例如電子無視障礙、實現(xiàn)幽靈一般的穿越。但更令人感興趣的，是它那許多“極端”性質(zhì)的應(yīng)用前景。不過，這種二維的碳到底會給人類世界帶來什么樣的改變，即使是因此戴上諾貝爾獎桂冠的研究者們，也無法預(yù)知。