揭露石墨烯電池的真面目

高品質(zhì)石墨烯粉體?

只有沒有任何缺陷的石墨烯才具備這些完美特性，而實(shí)際生產(chǎn)的石墨烯多為多層且存在缺陷。

石墨烯主要有如下幾種生產(chǎn)方法：

·機(jī)械剝離法。當(dāng)年Geim研究組就是利用3M的膠帶手工制備出了石墨烯的，但是這種方法產(chǎn)率極低而且得到的石墨烯尺寸很小，該方法顯然并不具備工業(yè)化生產(chǎn)的可能性。

·化學(xué)氣相沉積法(CVD)?；瘜W(xué)氣相沉積法主要用于制備石墨烯薄膜，高溫下甲烷等氣體在金屬襯底(Cu箔)表面催化裂解沉積然后形成石墨烯。CVD法的優(yōu)點(diǎn)在于可以生長大面積、高質(zhì)量、均勻性好的石墨烯薄膜，但缺點(diǎn)是成本高工藝復(fù)雜存在轉(zhuǎn)移的難題，而且生長出來的一般都是多晶。

·氧化-還原法。氧化-還原法是指將天然石墨與強(qiáng)酸和強(qiáng)氧化性物質(zhì)反應(yīng)生成氧化石墨(GO)，經(jīng)過超聲分散制備成氧化石墨烯，然后加入還原劑去除氧化石墨表面的含氧基團(tuán)后得到石墨烯。氧化-還原法制備成本較低容易實(shí)現(xiàn)，成為生產(chǎn)石墨烯的最主流方法。但是該方法所產(chǎn)生的廢液對環(huán)境污染比較嚴(yán)重，所制備的石墨烯一般都是多層石墨烯或者石墨微晶而非嚴(yán)格意義上的石墨烯，并且產(chǎn)品存在缺陷而導(dǎo)致石墨烯部分電學(xué)和力學(xué)性能損失。

·溶劑剝離法。溶劑剝離法的原理是將少量的石墨分散于溶劑中形成低濃度的分散液，利用超聲波的作用破壞石墨層間的范德華力，溶劑插入石墨層間，進(jìn)行層層剝離而制備出石墨烯。此方法不會(huì)像氧化-還原法那樣破壞石墨烯的結(jié)構(gòu)，可以制備高質(zhì)量的石墨烯。缺點(diǎn)是成本較高并且產(chǎn)率很低，工業(yè)化生產(chǎn)比較困難。

此外，石墨烯的制備方法還有溶劑熱法、高溫還原、光照還原、外延晶體生長法、微波法、電弧法、電化學(xué)法等，這些方法都不及上述四種方法普遍。

目前市場上好多廠家生產(chǎn)的石墨烯，石墨片層數(shù)目不等，表面存在大量的缺陷和官能團(tuán)，無論是導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性還是機(jī)械性都跟獲得諾貝爾獎(jiǎng)的石墨烯是兩回事。另外有些廠家在生產(chǎn)過程中添加大量的表面活性劑，有些表面活性劑對粉體導(dǎo)電性影響很大，目前好多“石墨烯”居然連上游原料---石墨的電導(dǎo)率都不如!另外，粉體中含有的大量表面活性劑使得下游應(yīng)用廠商在使用過程中還要充分考慮這些助劑的影響。

我們經(jīng)常說十層以下就是石墨烯，但是對于石墨烯粉體生產(chǎn)商來說，應(yīng)該在報(bào)告中體現(xiàn)出十層以下占比。如果石墨烯粉體的制造商都無法制造出高品質(zhì)石墨烯，何談應(yīng)用突破?石墨烯標(biāo)準(zhǔn)的盡快確立才能使這個(gè)行業(yè)向著良性方向發(fā)展。

相信隨著技術(shù)的發(fā)展，石墨烯的生產(chǎn)會(huì)越來越好。

該項(xiàng)目自2007年起深入系統(tǒng)地開展了化學(xué)氣相沉積(CVD)法和化學(xué)氧化剝離法制備高質(zhì)量石墨烯材料及其在儲(chǔ)能、光電和復(fù)合材料領(lǐng)域應(yīng)用的基礎(chǔ)研究，取得了多項(xiàng)原創(chuàng)性成果：提出了以多孔金屬為生長基體的模板導(dǎo)向CVD方法，制備出高導(dǎo)電、柔性的石墨烯三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)材料，并研制出基于該材料的高性能彈性導(dǎo)體和輕質(zhì)高效的柔性電磁屏蔽材料，拓展了石墨烯的物性和應(yīng)用。揭示了石墨烯邊界依賴的生長動(dòng)力學(xué)，率先制備出毫米級(jí)高質(zhì)量單晶石墨烯，發(fā)明了普適的電化學(xué)氣體鼓泡無損轉(zhuǎn)移方法，為石墨烯在光/電子器件中的應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。

結(jié)合石墨烯和高容量金屬氧化物的結(jié)構(gòu)性能特點(diǎn)，提出將兩者復(fù)合的思路，制備出鋰離子電池和超級(jí)電容器用高性能石墨烯錨固金屬氧化物納米顆粒復(fù)合電極材料，發(fā)現(xiàn)并闡明了兩者之間的協(xié)同儲(chǔ)能效應(yīng)。提出了氫電弧快速加熱膨脹解理與還原方法和高效、無損的氫碘酸還原方法，顯著提高了還原氧化石墨烯材料的導(dǎo)電性，為石墨烯的規(guī)模制備和應(yīng)用研究奠定了基礎(chǔ)。

該項(xiàng)目發(fā)表在NatureMaterials等的8篇代表性論文在國內(nèi)外產(chǎn)生了重要影響，得到了石墨烯發(fā)現(xiàn)者AKGeim教授等的高度評(píng)價(jià)和廣泛引用，截至2017年2月共被SCI他引4464次，2篇SCI他引超過1100次，1篇入選“2006-2016年我國高被引論文中被引次數(shù)最高的10篇論文”，極大推動(dòng)了石墨烯材料的制備科學(xué)和應(yīng)用技術(shù)的發(fā)展。

展望：

從科研創(chuàng)新的角度來說，它是一個(gè)一個(gè)臺(tái)階的長期征途，是一個(gè)艱難的馬拉松長跑。就石墨烯產(chǎn)業(yè)而言才剛剛起步，要把石墨烯獨(dú)特的使用性能展現(xiàn)出來，還需要大量的科研工作還有大量的要做，沒有實(shí)實(shí)在在的科技創(chuàng)新、艱難探索和持久攻關(guān)，中國的石墨烯產(chǎn)業(yè)不可能快速達(dá)到我們期望的那種繁榮。

任何一個(gè)新生事物不可能一帆風(fēng)順、也不能一蹴而就，石墨烯問世僅僅10多年，尚處于正在發(fā)育的“少年時(shí)代”，今后的“成長”和“發(fā)展”之路還很漫長，需要各方面腳踏實(shí)地、不忘初心、不懈努力。作為石墨烯生產(chǎn)商，應(yīng)該尋求技術(shù)突破，生產(chǎn)出靠譜的石墨烯粉體。作為下游應(yīng)用，應(yīng)當(dāng)立足上游制造商，真正的把石墨烯的作用在產(chǎn)品中體現(xiàn)出來。