因諾貝爾獎而進入大眾視野的石墨烯，是一種新型碳納米材料，由單層碳原子緊密堆積成二維蜂窩狀結構。石墨烯具有優異的電學、熱學、結構和力學性能，以及完美的量子隧道效應、從不消失的電導率等一系列特殊性質。因為這些性能，它在下一代晶體管、透明導電膜、儲能技術、化學傳感、功能復合材料等與人類生產生活息息相關的領域應用前景廣闊，被認為是一種有可能改變世界的新材料。人們對石墨烯基超級計算機的前景尤其樂觀，但從技術上來講，這種超級計算機在未來20年內難以成為現實。不過，中國科學院寧波材料技術與工程研究所的最新研究成果表明，石墨烯的產業化應用有望在動力鋰離子電池領域率先實現。
該所動力鋰電池技術研究團隊負責人劉兆平研究員介紹說，磷酸鐵鋰正極材料是未來電動汽車動力電池的關鍵材料，但其生產技術一直為美國與加拿大的專利所壟斷，現在中國還在為此與他們進行法律交涉。“第一輪官司中國贏了。如果他們贏了，每生產一噸磷酸鐵鋰要收1萬元人民幣的專利費，這對我們的電動汽車產業將是一個重大打擊。”
劉兆平說：“我們從2008年起開始石墨烯的研究，通過石墨烯與磷酸鐵鋰的融合，提升了動力鋰電池的性能，這才繞過他們的專利壁壘。”劉兆平認為，石墨烯在動力鋰電池領域有如下兩個重要的應用方向，并很有可能在短期內取得重大突破。
一個方向是石墨烯復合電極材料。石墨烯憑借其優異的導電性能可以提升電極材料的電導率，進而改善其充放電性能；同時，石墨烯“柔韌”的二維層狀結構又可有效抑制電極材料在充放電過程中因體積變化引起的材料粉化，并增強與集流體間的導電接觸。因此，石墨烯改性能夠改進眾多鋰電池正負極材料的電化學性能，磷酸鐵鋰/石墨烯復合正極材料就是一個很好的例子。
另一個頗具應用前景的發展方向則是用石墨烯作為動力鋰電池的導電添加劑。初步研究結果表明，加入石墨烯導電添加劑后，鋰電池的大電流充放電性能、循環穩定性和安全性都因此得到了極大改善，其效果甚至超出了目前高性能動力鋰電池用的碳納米管導電添加劑。
但是，石墨烯要想在上述方向獲得真正的應用，亟須攻克其低成本規模化制備的難關。現有的機械剝離、化學氣相沉積、外延生長以及溶液相氧化還原等諸多制備方法雖然各具特色，但均難以實現高質量低成本的石墨烯規模化制備。
不過，這個難題已經被中科院寧波材料所的動力鋰電池技術研究團隊所攻克。“由于此前石墨烯的規模化制備技術未突破，市場沒有批量石墨烯的供應，所以我們團隊從一開始就布局了石墨烯的制備研究。”劉兆平高興地說：“目前我們已經突破了石墨烯低成本規模化制備技術的瓶頸，并剛剛建成一條年產30噸的石墨烯中試生產示范線。”
團隊成員周旭峰博士進一步介紹說，團隊摒棄了傳統的氧化—剝離—還原制備路線，經過近一年的集中攻關，創新地發展出高效的插層—膨脹—剝離方法，在石墨烯低成本規模化制備技術上取得了突破性進展，成功獲得了厚度2至5納米，尺寸在5至10微米，電導率超過500S/cm的石墨烯。相比于傳統的氧化—剝離—還原方法，該方法不僅避免了對石墨烯結構的破壞，維持了高導電性，而且制備工藝大大簡化，成本低廉，易于放大生產。在目前的中試工藝條件下，石墨烯制備成本可控制在每公斤3000元內，預期提升制備規模后，可進一步降低生產成本，滿足其在鋰離子電池等領域的應用需求。
石墨烯低成本規模化制備技術的突破為其在動力鋰電池中的應用奠定了堅實的基礎，并有望使鋰電池驅動的電動車跑得更快、更遠、更安全。劉兆平說：“我們已經開始技術轉移，石墨烯的產業化應用有望在鋰離子電池領域率先實現。當然，動力鋰電池的性能還有很大提升空間，我們還將進行更深入的研究。”
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