【原】劉忠范院士：石墨烯電池離成熟應(yīng)用還很遠(yuǎn)

石墨烯從材料領(lǐng)域橫空出世成為街知巷聞的新聞熱詞，源自它與新能源汽車的聯(lián)系。連篇累牘的報(bào)道捧紅了石墨烯，也炙熱了新能源汽車關(guān)聯(lián)產(chǎn)業(yè)想要突破束縛繼續(xù)擴(kuò)張的心，但是石墨烯是否能夠擔(dān)當(dāng)解開動(dòng)力電池束縛的“救世主”？

劉忠范院士，北京大學(xué)納米科學(xué)與技術(shù)研究中心主任，歸國(guó)24年，主要研究方向就是石墨烯，是納米碳材料領(lǐng)域的國(guó)際知名專家，也是中國(guó)納米碳材料研究的引領(lǐng)者。

回國(guó)24年來，劉忠范在這個(gè)研究領(lǐng)域傾注了幾乎全部心血：“任何一個(gè)新材料或新技術(shù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展都沒有那么簡(jiǎn)單。石墨烯材料剛剛走出實(shí)驗(yàn)室，至多處于產(chǎn)業(yè)化初期，還不成熟。現(xiàn)在有些人認(rèn)為石墨烯產(chǎn)業(yè)門檻很低，進(jìn)去就可以賺大錢，這是一個(gè)嚴(yán)重的認(rèn)識(shí)誤區(qū)。”以一名科學(xué)家的眼光，劉忠范認(rèn)為“石墨烯是一種戰(zhàn)略材料，如果我們對(duì)它仍是淘金運(yùn)動(dòng)的態(tài)度，不改變當(dāng)前的產(chǎn)業(yè)發(fā)展方式，未來石墨烯領(lǐng)域的核心產(chǎn)業(yè)有可能會(huì)被國(guó)外占領(lǐng)。我們現(xiàn)在成果很多，但還徘徊在低端產(chǎn)業(yè)鏈上。”

面向未來的石墨烯，現(xiàn)在國(guó)外做石墨烯的很多是大型企業(yè)，而中國(guó)基本上都是一些小型的初創(chuàng)企業(yè)。“如果這個(gè)態(tài)勢(shì)不改變，未來我們肯定競(jìng)爭(zhēng)不過人家。我們必須認(rèn)識(shí)到，石墨烯新材料產(chǎn)業(yè)化是一條漫長(zhǎng)的路，需要頂層設(shè)計(jì)和總體布局”。 

由于擔(dān)心石墨烯產(chǎn)業(yè)發(fā)展路子走偏，劉忠范承擔(dān)起中國(guó)科學(xué)院“石墨烯產(chǎn)業(yè)化戰(zhàn)略咨詢項(xiàng)目”，還投入了大量精力從事石墨烯研究和產(chǎn)業(yè)發(fā)展宣傳工作，到相關(guān)部委、科技論壇、干部研修班辦講座，主動(dòng)邀請(qǐng)中央政策研究室、國(guó)務(wù)院參事室、國(guó)家發(fā)改委、中關(guān)村發(fā)展集團(tuán)等部門座談石墨烯產(chǎn)業(yè)化問題。

為解決我國(guó)石墨烯產(chǎn)業(yè)發(fā)展后勁不足、缺少核心技術(shù)的難題，在劉忠范的積極推動(dòng)下，北京市成立北京石墨烯研究院，定位為引領(lǐng)石墨烯產(chǎn)業(yè)的核心技術(shù)策源地、政產(chǎn)學(xué)研協(xié)同創(chuàng)新機(jī)制和創(chuàng)新文化建設(shè)示范區(qū)、全球高端人才匯聚地和創(chuàng)業(yè)基地，他親自擔(dān)任院長(zhǎng)。

劉忠范還是北京石墨烯產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新中心的重要發(fā)起人以及中關(guān)村石墨烯產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟理事長(zhǎng)。這些重大舉措將北京市石墨烯產(chǎn)業(yè)“一張藍(lán)圖繪到底”，為北京市石墨烯產(chǎn)業(yè)的健康、快速發(fā)展奠定了基礎(chǔ)，同時(shí)也對(duì)全國(guó)石墨烯產(chǎn)業(yè)起到了引領(lǐng)作用。 敢于負(fù)責(zé)，主動(dòng)作為，勇于擔(dān)當(dāng)，一批像劉忠范一樣的新一代知識(shí)人，正在為實(shí)現(xiàn)強(qiáng)國(guó)夢(mèng)貢獻(xiàn)所學(xué)，傾注心血。

“石墨烯在國(guó)內(nèi)嘗試最多的就是加在鋰離子電池里面做導(dǎo)電添加劑。石墨烯的導(dǎo)電性好，放進(jìn)去會(huì)一定程度上提高電池的導(dǎo)電性，降低內(nèi)阻，電池的性能會(huì)有所提升。”劉忠范表示，由于石墨烯本身來源、制備方法等方面的原因，做出來的產(chǎn)品并不穩(wěn)定。

在石墨烯之前，碳材料家族里的碳納米管就已經(jīng)有20多年的研究歷史了，比石墨烯還要早十幾年。“在那個(gè)時(shí)候碳納米管加進(jìn)去也能起到類似的作用，而且現(xiàn)在也有人把石墨烯和碳納米管一起加進(jìn)去，所以從某種意義上來說，這一類的碳材料加進(jìn)去都有效果，但是效果有限。” 劉忠范認(rèn)為，石墨烯可能對(duì)汽車動(dòng)力電池性能提升有所幫助，但“為動(dòng)力電池行業(yè)帶來顛覆性的變化”這個(gè)說法不合適。

暫不論石墨烯的應(yīng)用效果，電池技術(shù)短時(shí)間內(nèi)難以突破才是電動(dòng)汽車發(fā)展的最大問題。

石墨烯究竟能在哪方面發(fā)揮作用？

對(duì)此，劉忠范也給出了他的解釋。“目前最受行業(yè)期待的電池突破，一是充電效率的提高，二是能量密度的提高。這兩方面的作用都有人提，但我認(rèn)為石墨烯在實(shí)際應(yīng)用上的作用還有待商榷。”劉忠范說，石墨烯導(dǎo)電性好是優(yōu)點(diǎn)，但是它也有缺點(diǎn)。將石墨烯加到電池里面會(huì)讓鋰離子更活躍，從而提高充電效率。但加入量少，作用不明顯，量多又占空間，不利于應(yīng)用到汽車上。” 

他強(qiáng)調(diào)，石墨烯在電池的應(yīng)用中，不僅要考慮重量能量密度，還要考慮體積能量密度。所以，石墨烯電池離成熟應(yīng)用還很遠(yuǎn)，還有很多問題要考慮和平衡。石墨烯開始時(shí)髦起來有十二三年時(shí)間，最開始就有人研究石墨烯在電池上的應(yīng)用，但是到現(xiàn)在大家還在爭(zhēng)論，這就說明石墨烯在電池方面應(yīng)用待解決的問題還很多。

 所以，劉忠范并不認(rèn)為短時(shí)間內(nèi)，石墨烯能夠在汽車電池領(lǐng)域有很大突破。雖然態(tài)度并不樂觀，但是他并不否認(rèn)石墨烯也是動(dòng)力電池未來發(fā)展的一個(gè)值得嘗試的方向。 

劉忠范認(rèn)為，提高電動(dòng)汽車?yán)m(xù)航里程，未來努力的方向可以有兩個(gè)，“一是降低整車重量；二是將電池的能量密度提高一倍。”

電動(dòng)汽車的動(dòng)力電池是一個(gè)需要系統(tǒng)解決的問題，劉忠范說，“動(dòng)力電池的性能與材料有關(guān)，與結(jié)構(gòu)也有關(guān)系，還與充電樁的配置有關(guān)系。只有這些相關(guān)聯(lián)的問題都解決好了，才能保證整體性能的提升，材料的改進(jìn)只是其中的一個(gè)方面而已。” 

特斯拉的成功就是范例，特斯拉成功就成功在電池管理做得好，而這恰恰是國(guó)內(nèi)電動(dòng)汽車產(chǎn)業(yè)欠缺的。