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“烯”世之宝十年磨砺:专访碳源汇谷首席科学家郭守武

时间:2020-01-22 23:42:45 作者: admin

石墨烯是自然界中最薄、强度最高、导电性能最好的新型纳米材料,其在载流子迁移率、电导率、热导率、力学强度等众多指标均超越了硅、金属等材料,在电子信息、新能源、航空航天、复合材料应用等众多领域展现出传统材料所无法比拟的优势,应用前景广阔,被誉为21世纪的新材料之王。

       虽性能优异,但受限于制备技术瓶颈,自发现至今的十多年间,它一直静静躺在实验室。

      然而今年7月8日,东旭光电子公司碳源汇谷推出的世界首款石墨烯基锂离子电池产品——“烯王”打破了这种宁静,时隔一个月,烯王产品即正式开始对外预售,拉开了石墨烯产业化的大幕,这将极有可能开启一场产业革命。为此,记者采访了这款石墨烯基锂离子电池研发团队的首席科学家郭守武教授。

 

突破国外技术封锁 “烯王”问世

       目前,对于锂离子电池正极材料的选择上,只有钴酸锂、锰酸锂、磷酸铁锂、镍钴锰或是镍钴铝等几种材料,但实际上这些材料都存在一定的缺点,这也是锂离子电池产业发展的瓶颈。比如钴酸锂三元材料,它的安全性能一直是人们所关注的焦点;锰酸锂存在不稳定性;钴镍锰是重金属,它的污染就像铅酸电池一样。

     “铁磷在自然界分布很广,而且对环境的影响较其它材料低,但它是一种绝缘材料,在用作电极材料的时候必须对它进行一定的改性,而碳包覆的技术受到了美国和加拿大的严密封锁。”郭守武表示:“因此我们选择用石墨稀去包覆改进磷酸铁锂,这是我们的专利,突破了国外的技术封锁。”

       据了解,石墨烯作为电极材料或者是改性电极材料的一种物质,可以提高电极材料导电或者是传输锂离子的速度,从而可以提高锂离子电池的快充快放,也就是提高它的倍率性能,同时因为内阻的降低,也可以延长锂离子电池的寿命。

       郭守武还告诉记者:“若将石墨烯应用在负极上,在一定程度上可以提高整个电池的能量密度,最终能够部分提高电池的待机时间、续航里程。”

       据该公司介绍,近期推出的烯王产品所使用的石墨烯基锂离子电池性能十分优良,与普通电池相比不仅可在满足5C条件下,实现15分钟内快速充放电,而且该石墨烯基锂离子电池可在-30~80℃环境下工作,循环寿命更高达3500次。通过发布会现场测试,“烯王”充电用时15分钟,是普通充电产品的1/24。

     “烯王”产品验证了石墨烯包覆锂电池正负极材料技术的成功,是石墨烯产业化过程中的一座里程碑,引发了全社会的空前关注。

 

攻克制备瓶颈  石墨烯定会走进千家万户

    “我关注这个材料实际上有很长时间了,实际上两位诺贝尔奖获得者发表的第一篇文章,我就认真地读过。”郭守武表示:“石墨烯这种材料最大的难度就是它的制备。”

       据了解,石墨烯是单原子层,厚度仅为0.34纳米,也就是3.4 Å,而要得到这样一个二维晶体,目前只有两个路径:一条途径是石墨剥离;第二种方式是化学合成方法。不过,目前无论通过何种方式进行制备石墨烯的难度依然很大。

     “刚做石墨烯的时候,我们就明确了我们的目标,不是简单的发一篇文章或者做点实验,而是考虑下一步怎样量产,怎么去实现石墨烯新材料的应用。”郭守武告诉记者,石墨烯产业化应用一直是团队研发的目标。

      为了不与其他人一样,郭守武科研团队在研究石墨烯制备的道路更加曲折艰辛,整个团队花了大概近一年时间寻找还原剂,经过众多验证,最终将目标锁定在维生素C。

    “我们将维C作为还原剂去做氧化石墨烯的还原,发现是一种很好的还原剂。” 郭守武表示,除此之外,采用维生素C作为还原剂可实现高品质、低成本的石墨烯制备,从而突破了石墨烯大规模制备的瓶颈,成为石墨烯产业化应用和推广的基础。

       对此,郭守武解释道:“维C量大、又很便宜,工业上放大不存在问题,而且维生素C很安全,人可以直接吃的,它的副产品也就草酸等无害物,对环境也不会造成什么污染。”

资料显示,碳源汇谷是一家专注于石墨烯规模化制备、应用技术开发的高新技术企业,也是目前国内唯一一家可实现低成本、高品质、单层石墨烯规模化制备(年产量达吨级)的企业,其中试生产线制备的石墨烯单层率超99%、纯度高达99.9%。

       整整10年,郭守武科研团队一直在默默耕耘石墨烯,这个夏天,他的研究成果终于成功突破了国际技术封锁,举世瞩目!而在郭守武看来,这只是水到渠成的事情,“我们已经在这个领域做了很多积淀,‘烯王’只是第一步而已,我相信,石墨烯的应用将给人类生活带来更多的改变。”

 

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