国内石墨烯电池研究进展顺遂今年有望量产石墨烯锂电池_

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1、中国粉体工业 2015 No.1 48 举办石墨烯产业化推进工作会议暨石墨烯首条生产线投产仪 式。省科技厅总工许勃，省知识产权局副局长张跃进，济宁 市副市长张继民出席活动，并为“济宁市石墨烯首条生产线 投产仪式投产” 剪彩。 投产仪式上， 张跃进和张继民共同为 “山 东省石墨烯产业知识产权保护联盟”揭牌。 石墨烯是目前国际高端、前沿的碳纳米复合新材料，技 术含量高，在能源、环境、航天等领域用途广泛，市场前景 与效益好。为更有效的提高石墨烯产业知识产权保护能力， 在省、市知识产权管理部门的关心支持下，由济宁利特纳米 技术有限公司牵头成立了“山东省石墨烯产业知识产权保护 联盟”。 联盟成立将建立产

2、业内部知识产权保护的自律机制 , 形成互相尊重知识产权的良好氛围；建立知识产权纠纷预 防机制，定期发布产业知识产权预警分析报告，提升联盟 成员规避知识产权风险的能力；建立知识产权纠纷内部协 调机制，促进联盟成员的和谐发展；建立专利维权协作机 制，发挥联盟成员集成优势，为被侵权的成员提供法律援 助和技术支持，有效维护产业知识产权；建立专利交叉许 可贸易机制，构建产业专利池，促使联盟成员之间形成知 识产权共享、互惠互利、一致对外的局面；建立联盟涉外 知识产权纠纷应对机制。加强涉外知识产权保护培训 , 加 大产业知识产权海外维权力度，对影响产业发展的重大涉 外专利事件以联盟的名义进行处理，提高对涉外

3、知识产权 纠纷的应对能力。下一步，联盟将在省市知识产权管理部 门指导帮助下，开展本产业国外专利状况的分析研究，制 作专利地图，帮助联盟成员了解技术发展方向，规避跨国 公司的专利陷阱，积极申请国外专利，加强海外专利布局， 提升产业的国际市场竞争力。 中科院成功实现对单个自旋态的纳米量 级空间分辨率的测量与操控 中国科大郭光灿院士领导的中科院量子信息重点实验室 孙方稳研究组，利用光学超分辨成像技术实现了对单个自旋 态的纳米量级空间分辨率测量和操控，其成像精度达到 4.1 纳米。研究成果 1 月 2 日发表在自然子刊光：科学与 应用上。 了解微纳尺度物体的物理属性及动力学过程，需要纳米 尺寸的探测器

4、，纳米尺度的固态量子测量技术因此得到快速 发展。但实现高空间分辨率的电磁场等物理量测量，不仅需 要高精度的成像和分辨，还需要高精度量子态操控。而通常 的光学成像受到衍射极限的限制，分辨率只能达到 300 纳米 左右。 金刚石中的氮 - 空位色心是金刚石的一种发光缺陷，由 一个氮杂质和邻近的空位组成，近几年在量子信息领域得到 广泛关注，被认为有望实现室温下的量子计算和高灵敏度量 子测量。孙方稳研究组通过氮离子束注入制备了金刚石氮 - 空位色心，并利用色心中不同电荷态发光的波长依赖特性， 对色心的电荷态进行了高效控制。他们进一步通过对不同波 长激光的光束整形，实现了突破光学衍射极限的电荷态耗散 成

5、像技术。实验中，他们利用 50 毫瓦泵浦激光完成了对氮 - 空位色心的高分辨成像，精度达到 4.1 纳米。 据介绍，该实验获得的成像精度是光学衍射极限的 1/86，超过了斯特凡W. 赫尔教授等人之前在相同系统中 利用 5 瓦激光泵浦所获得的光学衍射极限 1/67 的精度。该 电荷态耗散成像技术不仅可用于纳米尺度的高精度电磁场测 量，还将在基于近邻耦合电子自旋的量子信息和生物检测中 得到广泛应用。 国内石墨烯电池研究进展顺遂 今年有 望量产石墨烯锂电池 马斯克、应宜伦、雷军，甚至郭台铭和没多少人看好的 贾跃亭，他们都曾是汽车业门外的野蛮人。两年前还在观望 的汽车界，现在正在默默接受跟这些野蛮人主

6、导汽车智能化 和电动化双重协同转型的现实。尤其是在由国家战略推动汽 车主动转型的中国，很可能成为这些人建立全球汽车业新秩 序和游戏规则的前沿阵地。 2014 年 12 月 26 日，美国电动汽车制造商特斯拉发布了 两年前停产的第一代车型 Roadster 的升级版，续航里程达到 644 公里，高出原版 60%。 电池技术的进步提升了特斯拉产品的性能，此前 Roadster 的续航里程是 393 公里。特斯拉 CEO 马斯克 称，特斯拉的高性能石墨烯电池，相比目前的容量增长近 70%。 英国科学家发明石墨烯 10 年后，在电池上的应用获 得巨大突破。2014 年 12 月初，西方媒体报道，西班牙

7、 Graphenano 公司和西班牙科尔瓦多大学合作研发的石墨烯 电池，一次充电时间只需 8 分钟，可行驶 1000 公里。它被石 墨烯研究者称做“超级电池”。 49 中国粉体工业 2015 No.1 行业资讯粉体产品 “我们现在还在了解情况，正在求证西班牙这种电池的 具体情况，如果确认是这样的，那确实是革命性的变化出来 了。”中国石墨烯产业技术战略联盟秘书长李义春 2014 年 12 月 24 日对记者称。 西班牙的“超级电池”很快将像特斯拉一样应用于汽车 上，据西方媒体报道，它的拥有者 2014 年 12 月在德国两大 汽车巨头的汽车上进行试验，并在 2015 年第一季度生产上市 使用。

8、石墨烯充电时间接近加油 目前，全球汽车制造商使用的动力电池主要使用锂电池， 以特斯拉为代表的镍钴铝酸锂电池、以比亚迪为代表的磷酸 铁锂电池和以日本汽车为代表的锰酸锂电池。 这三类电池以钴酸锂电池能量密度最高，但它在高温下 也最不稳定；磷酸铁锂电池最稳定，但能量密度最低。 锂离子电池技术已经沉寂了 20 年没有大的技术革新。一 位研究动力电池的专家称，其最大的障碍在于，锂离子电池 功率密度有限，其大量能量无法快速接收或释放。 特斯拉升级版的 Roadster3.0 采用了改进过的锂电池， 特斯拉没有确认是否加入了石墨烯。不过，它的性能有大幅 度的提升，恐怕只有石墨烯能做到。新改进的 18650

9、型锂电 池的容量大幅度加大，6831 节电池组数量没有增加，但电池 组的总容量从 53kWh 提高到了 70kWh。 据接受采访的专家介绍，石墨烯的结构可以改变锂电池 技术长期没有突破的障碍。石墨烯片材内部结构间隔扩大， 以允许更多的电解质“润湿”及锂离子电池中的锂离子获得 高速率通道的性能。 “石墨烯的特点是导电速度快，导电性能好，目前很多 研究都在实验，具体哪一块很难说，不过缩短充电时间等是 肯定的。”李义春说。按照美国伦斯勒理工学院研究人员的 预计，石墨烯阳极材料比如今锂离子电池中惯用的石墨阳极 充电或放电速度快 10 倍。 按照西班牙上述机构的数据，石墨烯也可能大幅度增 加电池的容量。

10、“超级电池”参数显示，其能量密度超过 600Wh/Kg，是目前动力锂电池的 5 倍；使用寿命是目前锂 电池两倍；其成本将比目前锂电池降低 77%。 锂电池传统制造强国是日本和韩国，在石墨烯电池上他 们也正在抢夺技术先机，韩国科学家早在 2014 年 11 月就宣 布，最新发明的石墨烯超级手机电池，可存储与传统电池等 量的电量，但充电时间只需 16 秒。 日本在电池技术上实行两条路线并行，除了发展普通意 义上的锂电池，他们还研究燃料电池技术，用特制的石墨烯 材料替代铂作为催化剂，来制造燃料电池车所需的氢燃料， 获得突破。 据李义春介绍，目前石墨烯的研究总体上分两块：一是 在传统锂电池上进行应用，

11、目的是改进、提升锂电池的性能， 这类电池不会产生颠覆性的影响；二是依据石墨烯制造一个 新体系的电池，它是一个崭新系列的，在性能上是颠覆性的， 称作“超级电池”。 中国 2015 年量产石墨烯锂电池 新能源汽车推广长达 5 年，但效果并不理想。据工信部 的统计数据显示，2014 年前 11 个月，我国新能源汽车累计 生产 5.67 万辆，和 2015 年纯电动汽车和插电式混合动力汽 车累计产销量力争达到 50 万辆的目标差距巨大。 市场化艰难的主要原因在于使用的便捷度上：一是续航 里程较低，消费者普遍有里程焦虑；二是充电设施不完善， 充电不方便影响使用。 在传统的解决方案中，车企采用了先推广混合

12、动力车型 缓解里程焦虑，消费者可以根据实际情况选择用油或者用电； 另一个角度，国家鼓励大规模建设充电站和充电桩，缓解充 电难。 石墨烯超级电池的出现，可能彻底改变现有的充电问 题。 续航里程成倍增长， 长途出行的里程焦虑可能彻底打破。 以西班牙的超级电池为例，1000 公里的续航里程几乎接近 北京到上海的直线距离，远超出传统汽车一箱油的行驶距 离。 石墨烯充电速度提升，可以减少充电时间，宏观上可 以大范围减少充电站和充电桩的需求。以目前全球领先地 位的特斯拉 ModelS85 为例，其通过大功率的超级充电站 充电，也要 80 分钟才能充满，车主等充电的时间仍然是一 次煎熬。 “超级电池 10

13、分钟的充电时间，比加一次油时间长一点 点，但续航里程比一箱油要长很多，消费者再也不会抱怨。” 一位汽车业内人士分析称。 目前，油电混合动力车被认为是市场上最适合由燃油 车过渡到电动车的最好产品，而且这个过渡阶段可能长达 15 20 年，但电池材料的进步可能推翻这种预判，甚至连 纯电动车的普及也可能不需要那么长时间。 “超级电池”一旦大规模应用到电动车上，对整个行业 将是颠覆性的。“一些百年车企可能没有这项技术而衰落， 而一些只有十几、二十年的车企，因为掌握新材料技术，可 能成为新的巨头。” 李义春介绍说，目前国内对石墨烯电池的研究进展顺利， 中国粉体工业 2015 No.1 50 一些高校研发

14、团队和深圳的企业进行合作，研究已经进入了 中试阶段，“预计 2015 年上半年就可能实现量产，性能会有 很多提升。比如可以在不增加多少成本前提下，增加锂电池 的充放电次数，提高电池安全性等。” 中国石墨烯产业技术战略联盟在 2013 年就已经向国家 各部委上报了多个石墨烯研发示范基地，无锡、重庆、南京、 青岛、常州等纷纷建立石墨烯产业示范基地。2014 年 12 月， 国家主席习近平亲赴江苏高新技术产业研究院，调研石墨烯 研发及参观产品展示。 不过，据石墨烯电池研究人士透露，目前国内主要研究 的是石墨烯运用到锂电池上，而非全新体系的“超级电池”， 所以国内技术和超级电池有一定差距。国家相关部门

15、对此很 重视，2015 年出台的“十三五”新材料规划可能将石墨烯纳 入其中。 美国开发出新型不沾细菌的新型纳米尺 度表面 正如不粘锅的发明对厨师来说是个福音一样，美国康奈 尔大学和伦斯勒理工学院研究人员合作开发出一种不沾细菌 的新型纳米尺度表面，未来在食品加工、医疗和运输行业将 有很大应用前景。该研究成果发表在最新一期生物沉积 杂志上。 这项研究由美国农业部资助。在技术上采用阳极处理 创建纳米孔的电化学过程，改变金属表面的电荷和表面能 量，从而对细菌细胞产生排斥力并防止附着生物膜的形 成。这些孔隙可以小至 15 纳米，而一张纸约为 10 万纳米 厚。 据报道，当阳极处理过程应用于铝，它创建了一

16、个称 为氧化铝的多孔表面，并被证明可有效防止两个有代表性 的病原体：大肠杆菌 O157 H7和单核细胞增多性李斯特氏 菌附着。该论文的第一作者、食品科学副教授卡门莫拉 鲁说：“这可能是在金属表面制造纳米结构最低成本的可 能性之一。” 寻找低成本解决方案的关键是限制细菌附着物，特别 是在生物医学和食品加工中的应用。莫拉鲁说，阳极氧化 的金属可用于防止生物医学洁净室和那些很难清净的设备 配件上形成生物膜，即光滑细菌群落附着于表面且很难去 除。 莫拉鲁说，使用化学品和杀菌剂也可限制细菌附着于表 面，但这些方法应用范围很有限，特别是食品加工领域。在 食品加工方面，表面必须符合食品安全指南。 阳极化处理的金属在海洋方面也有应用，如保持船体 免于藻类的附着。未来的工作将研究这样的表面对其他细 菌的排斥效果，以及使用其他阳极材料是否也可达到这一 目的。 中科院大连化物所取得纳米碳材料催化 研究新进展 记者 1 月 12 日从中科院大连化物所获悉，该所催化基 础国家重点实验室通过创新二维纳米碳材料（类石墨烯材料） 的制备策略和合成方法，成功实现了均一的超薄石墨烯壳层 （一般为 1