过度炒作 石墨烯图谋商业化仍有路要走

发布时间:2023-08-05 作者: 技术文档

  石墨烯( Graphene)自2004年发现以来,在短短数年间现已成为凝聚态物理、化学、资料科学等范畴研讨中倍受注目的“明星资料”。2014年,石墨烯工业新闻不断,第一轮商业运用现已发布的音讯一石激起千层浪,业界见证了许多的出资和收买活动。尽管如此,一些上市的石墨公司的估值却一向在下降,并已返回到自己初次揭露募股的水平。近几年,一些石墨烯公司和科研机构对石墨烯电池技能进行了多项研讨和试验,看起来十分有出路,但依然需求一段时刻才干大规模并以合理的速度出产,当今商场仍以研讨和爱好占主导,首要方向是储能和复合资料,更多的企业会经过中心产品获益,防止终端用户不确定性带来的危险丢失。

  电动汽车和可再生动力被誉为应对气候变化的解决方案,需求更廉价、更好的电池完成广泛运用。大学、草创公司,以及通用电气(GE)、IBM、丰田等大型企业都在进行进步锂离子电池功用的研制,但应战十分巨大。石墨烯则是现在发现的最薄、最坚固、导电导热功用最强的一种新式纳米资料。石墨烯被称为“黑金”,是“新资料之王”,能助力超级电容器、锂离子电池的开展。资料显现,参加石墨烯资料,平等体积的电容可扩大5倍以上的容量,而锂电池电极中参加石墨烯可大起伏进步其导电功用。

  石墨烯工业一向被等待能呈现安稳和发散式的长时刻运用,但实际上鲜有“杀手级运用”,缺少具有共同价值和先发优势的产品,因而,商业化进程依然像一个代替游戏。现在,首要运用仅限于储能、复合资料、功用性油墨、电子、石墨等,石墨烯的价值定位、竞赛格式、技能标准和未来或许呈现的制作技能在各个细分商场都有不同,导致商场分裂,供货商也一向在寻求阶段化的商场策略,但商场多元子集过于纤细涣散,这必然拖垮长时刻价格。值得注意的是,与石墨烯竞赛的碳纳米管价格也因而承压。

  现在的商业出资者有更实在的希望,体现出对复合资料、储能运用及中心产品的重视。商业化的研讨并不简单或快速商品化,以许多纳米资料或组件电池为例,前期投入过于贵重以至于难以赶快推出有利可图的运用。美国马里兰大学和伊利诺伊大学的研讨人员称,“开发这种电池在现在是一个明显的应战,问题许多,油价和天然气价格的跌落也按捺了对电动汽车和可再生动力的需求。与其竞赛存在很大危险和困难。”

  莱斯大学资料科学和纳米工程学教授James Tour标明,他的研讨团队创立了系列科研项目,包含碳纳米管和石墨烯,能够明显进步动力存储。总部坐落德克萨斯州的Xidex公司和以色列Graphite石墨公司,正在根据莱斯大学的这些科研技能研制产品,这些技能能够使智能手机在几分钟内让电池彻底充满电,“间隔商品化还有三年的路要走”,James Tour说道。

  近几年,一些石墨烯公司和科研机构对石墨烯电池技能进行了多项研讨和试验。韩国光州科学技能院的研讨人员正在对一项新式石墨烯电池技能进行研讨,研讨标明,这种新式电池可将电动汽车的充电时刻缩短至16秒,而不影响能量密度。美国俄亥俄州Nanotek仪器公司的研讨人员则运用锂离子可在石墨烯外表和电极之间快速许多络绎运动的特性,开宣布一种新式储能设备,能够将充电时刻从曩昔的数小时之久缩短到不到一分钟。新储能设备称为石墨烯外表锂离子交流电池,或简称为外表介导电池(SMCS),它集中了锂电池和超级电容的长处,一起兼具高功率密度和高能量贮存密度的特性。欧盟十多年来投入10亿欧元致力于研讨石墨烯和其它2D资料,韩国和英国政府曩昔两年里别离出资至少4000万美元和2400万英镑从事研讨。一起,一些现已上市的石墨烯公司获取许多估值,对石墨烯的出资热度不减。据IDTechEx计算,曩昔几年中,私家石墨烯公司的出资约有6000万美元。

  石墨烯的研讨看起来十分有出路,但依然需求一段时刻才干大规模并以合理的速度出产,当今商场仍以研讨和爱好占主导,首要方向是储能和复合资料,更多的企业会经过中心产品获益,防止终端用户不确定性带来的危险丢失。

  作为运用的第一步,现在石墨烯在工业上的运用首要在手机触摸屏方面,即以代替现有的ITO靶材,而三星已于近期出产出相关样品——运用石墨烯资料的手机可随意曲折、捶打,并具有更长的待机时刻、更明晰的屏幕分辨率。全世界已发布的石墨烯产能估量为近500吨/年,商场中大约有超越20个“玩家”,尽管基数不大,可是在第一阶段的需求期往后,产能现已处于过剩状况。这明显带有盲目性,供货商承当了危险,商场仍未做好预备吸收产能。

  石墨烯工业在我国的开展处于上升气势,产能巨大,多个供货商均发布了能够供给许多石墨烯纳米片和CVD石墨烯的公告。我国企业现已申请了超越2000项与石墨烯相关的专利。与此一起,韩国三星集团对石墨烯也有激烈爱好,该集团是碳纳米管范畴的最大专利持有者,LG集团正在石墨烯职业运用自己的经历,特别是碳纳米管方面,创立本地供应链。

  另一方面,石墨烯的工业出资也在持续。总计约1.5亿美元现已投向新的石墨烯公司,出资散布在至少20家公司。出资组合也是多种多样,包含危险出资和不同职业的战略出资,如钢铁制作(例如浦项制铁)、石墨挖掘(如加拿大Focus Graphite)、消费电子(如三星)、化学和资料(如韩华和DSM)、石油和天然气(如雷普索尔)。

  石墨烯经常被与碳纳米管相比较,因为它们有许多类似的资料特性,两者也常常被言论炒作。

  碳纳米管被发现可作为许多范畴的合格增加资料,比如可静电喷涂的塑料车体部件、可散失静电电荷的塑料燃料管/体系和锂离子电池。整体而言,在我国、韩国、美国和欧洲的引领下,估计产能为2003-2600吨/年。

  石墨烯工业能够从碳纳米管学习良多。可是,碳纳米管的耐久应战是集束难以涣散,前期的科学研讨结果标明,石墨烯更简单涣散,这是一个时机,也是差异与碳纳米管的最大不同。

  石墨烯能够以薄膜方式出产(例如石墨烯CVD),这针对一组独立的商场,如通明导电薄膜,可是这个商场的竞赛十分激烈,无论是现在的解决方案(ITO),仍是功用更好的代替品。考虑到石墨烯的体现平平,IDTechEx预期,出了触摸屏那一小块商场,石墨烯现在很难在其他细分商场大有作为。

  尽管现在清晰阐明还为时过早,初期的一些痕迹标明,石墨烯或许形成的健康和安全危险比碳纳米管低。科学研讨方面还有堆积如山的作业要做,一旦被证明损害危险较低,石墨烯有望加快开展。此外,石墨烯好像更长于把一系列功用一起宿于主资料,反过来也像一个微分器相同能够开展多功用,这也是和现有的石墨粉、炭黑等的差异。

  现在,因为质量良莠不齐,供货商也不同,因而石墨烯在商场上的价格本钱并不一致,不过整体而言,其平均价格将会下降。2015年,将会看到许多有利可图的细分商场会选用石墨烯,在复合资料作为增加资料,以及(长时刻)动力存储设备等,估计商场在原资料层面上,商场规模在2014年-2024年的十年间将从2千万美元增加至3.9亿美元。

  对石墨烯来说,储能是一个十分有吸引力的方针商场。超级电容器是一个高速增加的职业。IDTechEx估计这个商场在未来十年的复合年增加率是30%。比外表积(即单位质量物料所具有的总面积)高和前期的试验室效果能够让石墨烯发明价值,可是技能方面还存在一些妨碍,阻挠了外表完好运用和平面内的传导坚持。一起,活性炭依然占有主导地位,其价格低至5美元/公斤。可是,石墨烯的重视度和研讨作业不减,估计商场将在2019年之后快速增加。定坐落锂离子商场的几个产品已推出,因为化学反应的多样性和锂离子电池的规划问题,功用基准仍难拟定。

  通明导电薄膜商场也是一个不断增加的巨大商场。ITO薄膜将是一向是商场的干流解决方案,干流企业将在这一范畴增加出产力。可是,商场也在改动,对超低薄膜电阻、机械强度和更低价格的需求,将引来新进入者。许多代替品逐步呈现,包含银纳米线、金属丝网、PEDOT和碳纳米管。石墨烯也能够作为通明导体,但其功用与ITO薄膜合作才干体现最好,除非出产技能有严重立异,不然不能够获益于职业趋势。

  复合资料职业大而涣散,需求很细许多。在这一范畴,石墨烯能够作为增加资料供给价值。例如石墨烯纳米片,进步导电性、导热性、抗渗性、机械强度等。

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