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中国发售全球首款石墨烯充电宝:概念产品缘何成了吸金利器?

时间:2016-09-14 作者:网络整理 阅读:
石墨烯的生产成本高,导致该充电宝定价高达399元,还必须搭配一个比充电宝还大的适配器。市场上容量为4800mAh左右的充电宝售价均在100元以下,对此厂家称不应简单对比价格,他们的产品至少可以用10年……

石墨烯再次成为资本市场的热点,但一台并不起眼的移动电源,会成为石墨烯产业化的起点吗?imqEETC-电子工程专辑

东旭光电在9月8日推出全球首款石墨烯基锂离子电池产品后,接连发布了3份签订战略合作协议的公告,宣布和6家公司达成战略合作关系,在石墨烯的一些应用研发、产品采购、建设生产线等领域达成战略合作,同日,公司宣布世界首款石墨烯基锂离子电池产品“烯王”正式全球发售。在接下来的三个交易日大涨了18.5%,在9月13日更是强势涨停。imqEETC-电子工程专辑

东旭光电推出的首款石墨烯基锂离子电池产品是充电宝。早在今年7月8日,东旭光电就对外发布了这款产品的数据,据称该充电宝可在5C条件下,完成充电只需15分钟,仅为普通充电产品的1/24,而且可在-30至80℃的环境下工作,循环寿命更高达3500次。不过,这款充电宝的尺寸较一般产品要大一些,长、宽、厚分别为115毫米、78毫米、24毫米,重量半斤多,容量为4800mAh,全国零售价为399元。同时,这款充电宝还带有一个不小的适配器。
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“烯王”充电宝及适配器imqEETC-电子工程专辑

相比普通充电宝最大的优势是:能用10年!

东旭光电副总经理、石墨烯产业负责人王忠辉称,“烯王”充电宝的核心就在于采用了4节18650型石墨烯基锂离子电池。在石墨烯基锂离子电池中,由纯度99%以上的单层石墨烯包覆的磷酸铁锂正极材料,加快了导电性,使得充电宝可以实现快速充电。imqEETC-电子工程专辑

18650型是一种电池的规格,是电子产品中比较常用的锂电池,常在笔记本电脑的电池中作为电芯使用。该型号具体定义的法则指的是,电池直径为18mm,长度为65mm,圆柱体形的电池。知名电动车特斯拉的电池板就使用了7000多节18650型锂离子电池。imqEETC-电子工程专辑

不过,有业内人士称,上述充电宝的性价比并不是特别高。首先在使用和携带方便性上来说,同等容量的电池,“烯王”充电宝略显笨重,还比普通的充电宝又多了一个同样笨重的适配器。王忠辉解释称,因为“烯王”充电宝在5C(C 表示电池充放电时电流大小的比率即倍率)条件下,才能实现不到15分钟的快速充电,市面上的适配器并没有合适的。通过该适配器,能使得充电电压和电流达到 较高的16V和5A,才能使“烯王”充电宝快速充电。普通的USB充电模式电压只有5V,倘若用普通的USB数据线来充电,充电时间为2.5h,并不能达 到快速充电的目的。imqEETC-电子工程专辑

其次,目前“烯王”充电宝只能实现快速充电,却无法实现快速放电。因为目前大部分的电子产品中的电池并非是石墨烯基锂离子电池,“烯王”充电宝在放电给电子产品时,速度和普通的充电宝并无差别。imqEETC-电子工程专辑

此外,因为石墨烯的生产成本较高,导致该充电宝的成本也比同类(非石墨烯)产品要高。“烯王”充电宝定价为399元,为市场上同类非石墨烯、容量为4800mAh左右的充电宝市场售价均在100元以下,仅是“烯王”充电宝的1/4。不过,碳源汇谷总经理吴海霞解释称,不应简单对比价格,因为其充放电的次数达到3500次,以平均每天充电一次,则至少可以用10年,这是普通充电宝寿命的好几倍。imqEETC-电子工程专辑

中国石墨烯产业技术战略联盟秘书长李义春称,目前“烯王”充电宝只是个初级的产品,还允许其有完善的空间。imqEETC-电子工程专辑

来自东旭光电的资料显示,截至9月8日,“烯王”的预订总量达45175台。“烯王”产品的顺利发行,为东旭光电的石墨烯产业起到了一个好的示范作用。imqEETC-电子工程专辑

试水充电宝或许只是东旭光电大力发展石墨烯基锂离子电池的第一步,他们在石墨烯领域的“野心”并未就此止步。imqEETC-电子工程专辑

搭上石墨烯的概念,股价就能一飞冲天

东旭光电是国内最大的液晶玻璃基板生产商,为液晶显示器提供关键的零部件。最近两年,其开始布局石墨烯领域。2016年3月,东旭光电完成了对碳源汇谷 的收购。碳源汇谷是一家拥有单层石墨烯制备技术和石墨烯基锂离子材料和电池的企业,成立于2014年。在东旭光电完成对碳源汇谷的收购前,吴海霞和上海交通大学教授郭守武共计持股64%,为碳源汇谷的实际控制人,两人的团队在石墨烯领域有着多年的研究经验。imqEETC-电子工程专辑

东旭光电看中碳源汇谷的无非是其在石墨烯领域的研究经验和多项专利。如今,东旭光电持有碳源汇谷50.5%的股权。imqEETC-电子工程专辑

东旭光电为了加大对该领域的投资,其对泰州石墨烯基锂离子电池项目的投资金额由原来的5亿元增加到16.5亿元人民币,建设内容也进行大规模扩展,石墨烯生产线规模由年产3吨提升至年产100吨,锂电池正/负极材料由建设一条年产300吨级的生产线大幅扩展至石墨烯包覆磷酸铁锂年产3000吨、石墨烯包覆三元材料年产3000吨、石墨烯包覆负极材料年产5000吨;同时石墨烯基锂离子电芯和pack年产也由1.5亿Wh大幅增加至1GWH。imqEETC-电子工程专辑

与下游的应用合作方面,东旭光电也开始布局。在近日的新闻发布会上,东旭光电和北京市动力源科技股份有限公司、军工企业中国人民 解放军第1001工厂(西安航光仪器厂)等几家企业签署了战略合作协议。一家来自西安的企业负责人称,其和几位投资人有意在西安引进东旭光电在泰州的部分生产线,并希望和比亚迪西安新能源汽车基地建立合作为其供货,目前还在初步商谈中。imqEETC-电子工程专辑

不过,同样对此技术感兴趣的一家公司却比较谨慎,其并没有当场和东旭光电签署协议。imqEETC-电子工程专辑

该公司是来自山东的一家中小型新能源电动汽车生产企业,该公司的负责人称,虽然他们目前对东旭光电的石墨烯基锂离子电池也比较感兴趣,但因现在电池的容量比较小,价格相对来说也比较高,使得他们不敢很快地做决定。其称,东旭光电18650型石墨烯基锂离子电池的报价大概是20元/个,目前市面上使用的同类(非石墨烯)产品价格大概为5元/个。而电池在新能源电动车的成本约占一半,这样的报价意味着汽车的成本将会增加1.5倍,市场的接受度如何还未可知。imqEETC-电子工程专辑

上述人士还称,目前其和东旭光电针对电池的价格还在谈,如果大批量生产后,价格可能还有很大降低的空间。其公司也有意向和东旭光电合作,生产加工石墨烯基锂离子电池,供应北方地区的使用。不过,除了价格外,该人士还有其他方面的担忧。其称,大容量的石墨烯基锂离子电池如何快速充电还是一个问题。同等大容量的电池,快速充电所需要的电流肯定会更大,电流大意味着充电电线就会比较粗,这能否和如今的充电桩搭配还是一个问题。就和目前的“烯王”充电宝一样,要有单独的适配器才能快速充电。imqEETC-电子工程专辑

石墨烯在中国为何成了弥天大谎?

不过,尽管石墨烯的应用前景越来越被看好,另一种截然不同的说法也是斩钉截铁:石墨烯在中国就是一个骗局。imqEETC-电子工程专辑

2015年3月,中科院重庆绿色智能技术研究院宣布推出一款名为“影驰SETTLER α”的石墨烯手机,根据当时的宣传,其透光率高达97%,手机充电速率提高了40%,电池寿命延长了50%,电池的能量密度也增加10%。因为和石墨烯沾边,尽管这款手机只相当于千元级配置,售价也得以高达2499元。imqEETC-电子工程专辑

8个月过去,这款石墨烯手机尽管彼时宣布首批推出3万台,却一直未在市场销售。imqEETC-电子工程专辑

但人们可以买到其他可种各样的石墨烯产品。比如新三板上市公司圣泉集团已经在市场推出了石墨烯袜子和内衣。根据该公司的宣传,他们在产品中添加了生物质石墨烯“内暖”纤维,这是一种全新的智能多功能复合纤维,“具有激活免疫细胞、防护紫外线、改善微循环、抗菌抑菌、增温增阳等特性,还可以除臭”。imqEETC-电子工程专辑

根据该公司的宣传介绍,他们将植物秸秆碳化提取石墨烯,利用石墨烯的超导性作为生产衣服的原料。他们计划还将推出智能文胸,通过内置感应器测量女性胸部温度细微变化,有效预防肿瘤及乳腺癌,还计划应用到军服上——目前,这些所谓的石墨烯产品价格不菲,一双袜子的价格超过50元,一条内裤的价格接近300元,一条石墨烯腰带的价格需近600元,而发热服则卖到1700元以上。imqEETC-电子工程专辑

“前几年纳米材料热炒时,国内出现了很多‘纳米+’的概念炒作,这次‘石墨烯’也是一样,很多石墨烯产品就是一个弥天骗局。”国家863项目负责人、材料科学家、北京大学化学与分子工程学院教授其鲁说。由于在新材料能源方面的贡献,其鲁亦被称为我国钴酸锂、锰酸锂电池正极材料的主要奠基人。imqEETC-电子工程专辑

根据记者了解,石墨烯目前主要分两种:单原子薄膜石墨烯以及石墨烯粉体。前者的制备主要是以甲烷、乙炔等含碳气体为原料,利用化学气相沉积的方式合成,和石墨或者秸秆没有什么关系。imqEETC-电子工程专辑

石墨烯粉体则是利用天然石墨,利用浓酸和强氧化剂进行氧化,然后采用膨胀热处理还原得到,至于从秸秆中提取的石墨烯,号称15斤玉米芯就能提取一斤的石墨烯,在诸多业内人士看来是闻所未闻。imqEETC-电子工程专辑

除开骗局明显的石墨烯内裤,为多家研究所和企业热衷研发的“石墨烯电池”、“石墨烯锂电池”同样被指是在撒谎。imqEETC-电子工程专辑

目前,石墨烯应用在电池领域的做法,一般是在锂电池的正负极中,添加石墨烯材料。“这种做法显然是误导。”近日,清华能源互联网研究员刘冠伟质疑“石墨烯电池”的文章在网上热传。imqEETC-电子工程专辑

在这篇名为《传说中的“石墨烯电池”技术 ,难道是一场弥天大谎?》文章中,刘冠伟一开始就给出了明确观点:imqEETC-电子工程专辑

石墨烯电池”这个技术接近于不存在,石墨烯只有在理论上能够提高充放电速率,而对于容(能)量的提升基本没有任何帮助(期望“石墨烯电池”可以解决手机/电动汽车续航的人要失望了),其噱头意义远大于实用价值。imqEETC-电子工程专辑

刘冠伟称,根据经典的电化学命名法,一般智能手机使用的锂离子电池应该命名为“钴酸锂-石墨电池”。之所以称为“锂离子电池”,是因为锂离子在其中起到主要作用。“严格意义上来讲,石墨烯只是在电池中做辅助作用,因此不能将应用了石墨烯的电池,直接称作‘石墨烯电池’。”imqEETC-电子工程专辑

在刘冠伟看来,现在基本进入市场的,只有石墨烯作为“导电添加剂”应用到锂电池中。但就连“添加剂”式的应用,也颇多质疑。imqEETC-电子工程专辑

石墨烯可以做导电剂,促进锂电池快充放,理论上能提高倍率性能,但若分散工艺不到位,混料不均,一切都是空中楼阁;另外,目前物美价廉的材料很多,并不一定非要使用价格昂贵的石墨烯。”imqEETC-电子工程专辑

记者注意到,刘冠伟的观点,得到了张元波、其鲁、复旦大学高分子科学系教授卢红斌、哈尔滨工业大学化工学院应用化学系教授袁国辉等诸多业内资深专家的认同。imqEETC-电子工程专辑

“到现在谁能拿出数据吗?谁家做出这样的电池了吗?”其鲁也认为,“锂电池的正极和负极都是层状物的结构,所以在一定的外界条件下,才能形成从正极到负极的迁移。而石墨烯是一个单层的碳原子环状结构,就是它本身的化学物理性质决定它,不会形成锂电池单独的负极材料。”imqEETC-电子工程专辑

很多人为此在浪费生命?

对于业内专家的质疑,作为“中国石墨烯产业技术创新战略联盟”秘书长,李义春的说法是:“业界虽然有争议,但科技创新,什么事情都可能发生,有些专家认为不可能的事情,好多都实现了,有些专家又过于武断,但是我们要有开放的心态。”imqEETC-电子工程专辑

截至目前,无法得知青岛最新研发出的“世界领先石墨烯锂电池”真面目,华为方面的回复是“对石墨烯有研究,但不会这么快作为商用。”而作为中科院上海硅酸盐所“石墨烯超强电动车电池”团队的负责人,黄富强的辩解则是“大家从不同角度会得出不同的结论,然而实质是同一个。”imqEETC-电子工程专辑

事实上,就连因为发现石墨烯而获得2010年诺贝尔奖的安德烈·盖姆,对国内目前疯狂热炒的石墨烯同样看不懂。2015年10月底,盖姆在出席青岛举办的一个石墨烯产品展示会上时,就不顾主办方的脸色明确表示“包括石墨烯电池在内的许多应用产品目前来说也许存在炒作的嫌疑。”imqEETC-电子工程专辑

在盖姆出席会议的当天,由中国石墨烯产业技术创新战略联盟首发的《2015全球石墨烯产业研究报告》也一同发布,其显示中国不仅2012年底研究石墨烯的论文发表数目位列全球第一,而且近三年专利数量迅升首位。imqEETC-电子工程专辑

不过,盖姆在接受中国媒体采访时同样不客气地指出,许多已发表的石墨烯论文中,一半的研究会被废弃掉。另一方面,许多专利,特别是产自大学的专利,其中90%并没什么价值,99%的专利最终会作废,维护这些专利也会花很多费用,很多人为此在浪费生命。imqEETC-电子工程专辑

“中国虽然在石墨烯论文发表量上位居全球首位,但不少科研院所并不知道产业界到底要什么,科研和应用脱节问题突出。”清华大学深圳研究生院院长、碳材料专家康飞宇公开表示。imqEETC-电子工程专辑

这些质疑,并不能让中国石墨烯从业者的脚步有所停留。1月16日,常州西太湖科技产业园举行石墨烯项目入驻签约仪式,21个石墨烯项目集体落户常州。常州西太湖科技产业园党工委书记刘志峰表示,常州石墨烯产业正在向“打造一个百亿规模的特色产业”目标迈进。imqEETC-电子工程专辑

像常州这样的石墨烯产业园在国内已有很多。根据记者了解,在重庆、无锡、青岛、唐山等地,都已形成了相当规模的石墨烯产业园。而更多的石墨烯产业园,则有望在2016年相继开花。imqEETC-电子工程专辑

在常州,二维碳素科技有限公司一位内部人士对记者说,他们2011年在常州成立,到现在已经发展到200人的规模,2012年出品世界首个电容式石墨烯触摸屏。最近两年,他们还利用石墨烯薄膜的高热辐射效率,研发一些可加热衣物。他们研发的方向,还包括石墨烯复合材料、太阳能电池、可穿戴传感器等。不过他承认,这些产品实际上和石墨烯关系不大。imqEETC-电子工程专辑

比产业园、科研所、大学、企业更早尝到甜头的是资本市场。相关数据显示,沪深两市共有60家上市公司布局石墨烯业务。2015年8月中旬,位于江苏的德尔家居宣布投资石墨烯超级锂电池等项目,在描绘了“年营收增28亿元、年净利润增4.5亿元”的蓝图之后,这家搭上“石墨烯电池”概念的公司,股价犹如坐上了火箭,两个多月涨幅达158.4%。imqEETC-电子工程专辑

产业商业化路漫漫

“现在国内的石墨烯应用,真正做石墨烯的企业其实没有几家,很多都是原来做石墨等碳材料的企业,甚至完全不相关的企业打着石墨烯的旗号,或者炒作股票,或者争取国家基金,真正做石墨烯并且真正能赚钱的企业几乎没有。”清华大学材料学院微纳力学中心教授朱宏伟说。imqEETC-电子工程专辑

而在刘冠伟看来,不仅是国内的很多石墨烯是骗局,国外项目炒作的也不少。在他那那篇质疑石墨烯电池的文章中,刘冠伟就表示“有石墨烯电池的西班牙Graphenano公司”无论是宣称合作的三家德国汽车企业,还是在专利局网站,都找不到任何有效信息。imqEETC-电子工程专辑

那么,被寄予厚望的“新材料万能之王”,为何处于如此尴尬的争议境地?imqEETC-电子工程专辑

根据记者了解,原因有三方面:一方面,无论国内还是国外,在技术上都没有找到获得大面积单晶石墨烯的工业合成法,另一方面,在市场上石墨烯下游产业链尚未形成,对石墨烯需求最大的也仅仅是各大科研院所和实验室,并没有大量石墨烯投入产业化运营。imqEETC-电子工程专辑

早在2010年,韩国成均馆大学和三星公司的研究人员,就制造出由多层石墨烯和聚酯片基底组成的透明可弯曲显示屏。当时,论文通讯作者、成均馆大学教授洪秉熙就提出,他们的方法可用于制造基于石墨烯的太阳能电池、触摸传感器和平板显示器。但他当时也承认,大规模制造和商业化还为时尚早——5年过去,洪秉熙的方法在韩国都还是停留在三星和成均馆大学的实验室。imqEETC-电子工程专辑

最后一方面,是石墨烯制备成本问题。由于无法量产,石墨烯制备成本也一直居高不下,成本昂贵也阻碍了下游市场的产业化步伐。此前石墨烯价格高达5000元/克,比黄金还贵10几倍。“那瓶貌不惊人的东西比黄金还贵,几克石墨烯粉末就价值几十万元人民币,我们坐飞机的时候都是分开几个人进行运送,怕被安检没收。”一名做石墨烯研究的创业公司曾经如此形容。imqEETC-电子工程专辑

在加拿大,Grafoid和新加坡国立大学成立了世界最大的石墨烯研究中心(NUS),并且在2014年启动位于安大略省的全新生产基地,这个约占2万平方的基地主要生产石墨烯粉,当时,该公司负责人表示他们能以低廉的价格大规模生产高品质的石墨烯。不过,1年多过去,这个基地并未有任何新的消息。imqEETC-电子工程专辑

所以,真正阻挠石墨烯大规模应用的,主要还是技术问题。其中低成本、大规模、高品质石墨烯的一致性和可重复合成方法的开发,是最大的困难。imqEETC-电子工程专辑

人们耳熟能详的趣事,是安德烈·盖姆用透明胶带得到了石墨烯。但人们不知道的是,这种方法得到的石墨烯尺寸很小,一般在10微米-100微米之间,存在产率低和成本高的不足,不能满足工业化和规模化生产要求。imqEETC-电子工程专辑

后来,氧化石墨还原法是制备石墨烯最常用的方法之一。但这种方法得到的主要是石墨烯粉体,而且缺陷非常多,电学、力学性能都较差,需要用浓硫酸氧化石墨,其工业上废液的处理是一个难题。imqEETC-电子工程专辑

此后,人们想到制备石墨烯未必要使用石墨,只需要设法让碳原子结成一层薄膜。化学气相沉积法(CVD)应运而生,这种方法是将乙烯或乙炔等气体导入到一个反应腔内,让这些气体在高温下分解,经过冷却后,碳原子就沉积在基底表面形成石墨烯。虽然CVD能满足规模化制备大面积、高质量的石墨烯要求,但问题是,由于其成本较高和工艺复杂等缺点,限制了这种方法在石墨烯制备中的应用。imqEETC-电子工程专辑

由于制备方法上巨大的差异,石墨烯粉体和CVD薄膜之间的价格也要相差上千倍。例如1克石墨烯粉体只需要不到10元,而1平方米石墨烯薄膜要几十元到上百元,其重量其实不到1毫克。imqEETC-电子工程专辑

还有一种主要方法——溶剂剥离法。由于整个液相剥离的过程没有在石墨烯的表面引入任何缺陷,为其在微电子学、多功能复合材料等领域的应用提供了广阔的应用前景,缺点同样是产率很低。imqEETC-电子工程专辑

因此,从应用的角度,石墨烯目前在国内外都是在讲故事的阶段。“除此之外,目前石墨烯在消费电子产品中的尺寸、均匀性和可靠性等工业标准还未确定,因此石墨烯在消费电子产品上的实际用途还未显示出来。”朱宏伟认为,石墨烯目前可以在实验室中做小规模器件,但批量生产与集成质量没法保证。“起码现在还看不到希望。”imqEETC-电子工程专辑

事实上,就连盖姆本人,对现在石墨烯目前的这种商业化方式也存保留意见,盖姆认为石墨烯是一个引子,带动了更广泛二维材料的发展。但对于石墨烯来说,从物理学的角度,已经到了一个瓶颈,未来除非有更大的突破,很难有进一步的提升。imqEETC-电子工程专辑

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