能源問題是21世紀人類面臨的最嚴峻的問題之一，發展新能源已成為全球共識。石墨烯是人類已知強度最高、韌性最好、重量最輕、透光率最高、導電性最佳的材料，被譽為“新材料之王”。當石墨烯遇到新能源，将碰撞出什麼樣的火花？
3月29日，由中關村石墨烯産業聯盟主辦、寶泰隆新材料股份有限公司冠名支持的“石墨烯+新能源”專題研讨會在北京召開。此次研讨會由中科院院士、北京大學教授劉忠範擔任大會主席，吸引了近300名來自全國各地的石墨烯原材料企業、儲能電池企業以及高校和研究院所的代表參加。
李克強總理在今年的政府工作報告中提及要全面實施戰略性新興産業發展規劃，加快新材料産業發展，鼓勵使用清潔能源汽車。對于石墨烯行業來講，這無疑是重大的利好消息。
“作為新材料的重中之重，石墨烯面臨着難得的發展機遇，現在正處于産業化應用的前夜，與新能源結合一定有光明的未來。”在“石墨烯+新能源”專題研讨會上，中科院院士、北京大學教授劉忠範鄭重表示。
可穿戴設備有望大放異彩
作為神奇的材料，石墨烯将是未來電池的關鍵，也可能重新塑造可穿戴設備和各種傳感器。石墨烯會讓可穿戴設備迎來革命嗎？不是沒可能。
石墨烯是一種超薄的碳晶體，僅有一個原子厚，同時其強度是的鋼鐵的200倍，并擁有極強的柔韌性，另外它還是極好的導熱、導電體。石墨烯的優越性能非常适合穿戴設備。
目前可穿戴設備面對的一大挑戰便是簡便性和佩戴性。大多數智能手表仍碩大無比，手環也不夠漂亮，更不用說外星人般的智能服裝了。此外，在穿戴設備中使用的材料，或者像銀納米材料太貴，或者導電性不夠高不足以應用于輻射，比如導電聚合物。
而石墨烯則可以改變這一切。憑借其超薄、柔性、堅固的特色，可穿戴設備無疑有更多設計研發空間，讓可穿戴設備變得更加小巧、靈活、耐用、美觀并适合穿戴。石墨烯導電油墨能以非常廉價的大規模生産方式打印在衣物、紙張等不同材料上。
石墨烯還是一種高效的超級導體，這意味着它可以應用在電池領域。事實上，近年來關于石墨烯電池的研究一直在進行中，科學家們的終極目标是開發出低成本、高穩定、輕量級、電池壽命為锂電池20倍的石墨烯電池，應用在智能手機及其他移動設備上。可以想象，石墨烯電池能夠解決目前智能手表、智能手環續航力過短的問題，這也将極大改善可穿戴設備的使用體驗。
在“石墨烯+新能源”專題研讨會上，北京石墨烯研究院執行院長魏迪做了題為《石墨烯在智能可穿戴能源器件中的應用》，詳細介紹了用于可穿戴技術的單分子石墨烯電池、基于氧化石墨烯的打印電池、基于石墨烯墨水的電池等最新研究成果。魏迪博士指出，可穿戴能源器件的首要要求是安全性和能量密度，石墨烯優異的物理機械性能、高導熱性、高散熱性是可穿戴能源器件的良好載體。
英國曼徹斯特大學的研究者用實驗證明，低價，柔軟的無線通信器件如移動電話、健康狀況傳感器等，可以直接打印在衣服上甚至皮膚上。這一發表在《科學報告》上的突破性的成果顯示，由于高導電性以及突出柔軟性，石墨烯在可穿戴電子應用中非常重要。這一研究為智能的、無電源的健康監測、手機等聯網設備與衣物融合，以及“智能皮膚”等應用方面開辟了新的道路——打印石墨烯傳感器可以與其他二維材料集成貼到皮膚上用以監測溫度，壓力及濕度等各種信息。
在醫院，患者在手臂上帶上一個打印石墨烯的射頻識别标簽。這一标簽與其他二維材料結合在一起，能夠感應患者體溫，血壓等信息并自動傳回讀取器。醫護人員能夠無線監控患者狀态，這将大大簡化患者的護理。在療養所，無需電源的打印石墨烯傳感器能印在老年人衣服上。這些傳感器可以感知收集老年人健康狀況，并傳回監測點從而被實時監測到，這将有助于實現遠程醫護并提高生活質量。
據報道，澳大利亞斯威本大學（SwinburneUniversity）的研究人員借助3D打印的石墨烯薄片，發明了一種全新而應用廣泛的能源存儲技術，由于這種技術制造出來的電池可以既柔軟又薄（像普通打印紙那樣薄），而且容量又大、充電快速，其在新能源汽車、可穿戴技術領域應用廣泛。
牽手太赫茲取得重大突破
随着信息化戰争和多樣化軍事鬥争的加速來臨，現代戰争已經遠離了刺刀見紅、鐵甲洪流的大戰争場景，路邊炸彈、自殺式襲擊、細菌郵件和化武包裹造成的突然襲擊令人防不勝防，城市争奪、反恐作戰以及各類巧妙僞裝的武器和敵人如同陣陣迷霧。能夠有效破解這場戰争迷霧的，當屬太赫茲技術。
在“石墨烯+新能源”專題研讨會上，清華大學教授朱宏偉做了題為《石墨烯材料在光電應用中的關鍵作用》的報告。朱宏偉教授針對目前石墨烯在太陽能電池、光電等領域的應用研究做了詳細報告。他表示，通過類比矽材料的發展史，石墨烯的發展可以從中借鑒很多經驗，目前石墨烯在光伏、光電領域的應用與在锂電池等領域相比還很不成熟，主要原因是由于高質量、大面積的單層石墨烯薄膜規模化制備技術還不成熟，業界還需要努力。最後，他特别指出，石墨烯在太赫茲領域具有廣闊的應用前景。
太赫茲技術的核心是太赫茲波，一種頻率從0.1-10THZ、波長從3毫米到30微米、介于毫米波與紅外光之間、頻譜範圍相當寬廣的電磁波。太赫茲具有輻射小、透射性好、通信傳輸容量大等突出特點，在醫學成像、雷達探測、電子對抗、電磁武器、通信技術、安全檢查等國防和民用領域具有廣泛的應用前景。例如，相比檢查癌症的核磁共振，太赫茲不僅對人體沒有傷害，精确度高，且成本大幅度下降。
正是由于太赫茲技術巨大的應用前景，美國、歐洲、俄羅斯、日本等在太赫茲技術研究上蜂擁而至，投入巨資。早在2004年，美國就将太赫茲技術列為改變世界的十大技術之一，啟動太赫茲成像陣列技術研究，并在随後啟動了太赫茲電子學研究計劃，迅速推動了基于太赫茲的半導體技術、太赫茲高分辨率成像技術等方面的研究發展。目前，美國已經研制成功便攜式遠距離太赫茲成像雷達和放大器集成電路，将在小孔徑通信、高分辨率成像、提高爆炸物探測能力等創新應用領域發揮重要作用。
太赫茲具有輻射小、透射性好、通信傳輸容量大等突出特點，在醫學成像、雷達探測、電子對抗、電磁武器、通信技術、安全檢查等國防和民用領域具有廣泛的應用前景。深圳的石墨烯太赫茲芯片技術處于全球領先水平，并已寫入今年的深圳市政府工作報告。據華訊方舟創始人吳光勝去年接受媒體采訪時稱，已成功做出世界第一塊石墨烯太赫茲芯片，“不過，該款芯片成本非常高，芯片實驗室成本要20萬美元，未達到量産階段。”
在衛星通信方面，華訊方舟正在規劃建設一個擁有108顆遙感衛星的網絡。“屆時，可以實現0.5米範圍、10分鐘對地球整個掃描一遍。拿起手機，便可以看見全世界任何一個地方。”
吳光勝建議，放開衛星民用市場，“一些很小的國家都有很多同步衛星軌位。别人都把軌位申請了，中國到時再去申請，隻能花巨額費用買别人的。”
從微波到毫米波到太赫茲，華訊方舟沿着這一通訊技術路線發展，目前已處于世界領先位置。吳光勝說，“我們2007年來到深圳，之後幾年一直埋頭做研發；2011年到2014年，厚積薄發，連續三年一直保持400%的高速度增長。”
此外，天津大學精密儀器與光電子工程學院、太赫茲研究中心張偉力教授團隊在石墨烯太赫茲波調制的研究中也取得了突破性進展，即采用石墨烯-矽的複合結構，在低功率連續激光的激勵下，利用極低的電壓（0.1-4伏）即可實現對太赫茲信号的大幅度調制，其調制深度高達83%，帶寬覆蓋了0.4-2THz範圍。在此基礎上研制的太赫茲集成化器件，實現了對太赫茲波的正向偏壓導通、負向偏壓截止的光學“二極管”效應。該研究成果為太赫茲二維材料和器件的發展奠定了重要基礎，在寬帶太赫茲波調制器、太赫茲波整流、太赫茲波通信等領域有十分重要的應用前景。
據中國科學院網站的信息顯示，今年年初，中國科學院蘇州納米技術與納米仿生研究所、中國科學院納米器件與應用重點實驗室秦華團隊與中國電子科技集團有限公司第十三研究所專用集成電路國家級重點實驗室合作，成功獲得了高靈敏度石墨烯（Graphene）太赫茲探測器，靈敏度達到同類石墨烯探測器的最好水平，該結果近期發表在碳材料雜志Carbon（116,760-765（2017））上。本次“石墨烯+新能源”研讨會是“烯望跨界系列”的首場活動，接下來還将舉辦石墨烯+交通、石墨烯+健康、石墨烯+智能、石墨烯+環境等專題研讨會。儲能電池器件産業化尚需努力
锂離子電池的續航問題成為制約新能源汽車推廣普及的軟肋，當石墨烯出現後，業界對石墨烯提升動力電池性能充滿期待。去年至今，東旭光電、華為、航材院和碳世紀等公司相繼發布石墨烯電池産品，在行業内引起了很大關注和争議。
“到目前為止，我們已經布局完成從石墨烯—石墨烯包覆的正負材料—石墨烯基離子電池—新能源的汽車的完整産業鍊。”東旭光電副總經理王忠輝在論壇上首先向與會嘉賓介紹了東旭光電的石墨烯在新能源産業化應用方面的基本情況。
2016年，東旭光電宣布研發成功并小規模生産了“烯王”石墨烯基锂離子電池産品，引起業界一片驚呼和争議。近期，東旭光電拟于香港發布“烯王二代”，據稱進行了升級。
除了石墨烯基锂離子電池，3月20日，東旭光電宣布将以發行股份及支付現金方式30億元購買上海申龍客車100%股權，這标志着東旭光電正式進入新能源汽車領域，石墨烯産業化應用空間進一步拓展。
現在石墨烯在锂離子電池中的應用是全球熱點，國内外很多科研機構和企業都在涉足這個領域。石墨烯應用于電池主要有兩種方式，第一種是作為導電添加劑，在锂電池工廠已經有了大量應用，另外就是用石墨烯包覆正極材料。随着技術的成熟和工藝的完善，石墨烯将大幅提升锂離子電池的性能，進而極大推動新能源汽車産業的發展。
為什麼石墨烯可以提升锂電池的性能，但産業化的推進又這麼難呢？王忠輝表示，其實從産業化的角度來講，必須要評估石墨烯電池性能的提升到底有多大。如果電池性能隻是提升了5%、10%，下遊企業願不願意去為了追求這5%、10%或者很小的提升而去嘗試着用石墨烯？反之，如果石墨烯對性能的突破甚至是颠覆性的，那麼下遊企業的積極性肯定會非常高。所以，性能提升多少是一個非常重要的原因，我們還需要在技術的突破上做大量的工作。第二，真正想實現産業化，還面臨成本、價格、工藝、設備等問題。隻有這些問題都能夠解決之後，整個石墨烯和新能源，尤其是和锂電池的産業化推進才能大步流星地走起來。
在談到對“石墨烯+新能源”的理解時，王忠輝表示，石墨烯與新能源的結合應用前景廣闊，我們對“石墨烯+新能源”的未來充滿信心。石墨烯和锂離子電池、超級電容器的結合是當前最熱點的結合。同時，石墨烯在太陽能電池領域提升光電轉化效率的應用、石墨烯塗料在風力發電、潮汐能發電領域發電機組的應用、石墨烯在電熱産品領域的應用、在LED燈領域應用等都屬于石墨烯在新能源領域的應用。
中航發北京航空材料研究院高級工程師燕紹九介紹了航材院在石墨烯锂離子電池和锂硫電池的研究成果。他表示，任何一個成熟的産品都要經曆一個過程，首先有材料、工藝，再有裝備，最終才能形成産品，産品到商品又有一大步，石墨烯本身是一種材料，作為材料就需要有很多人默默做很多基礎性的工作。新能源領域的很多産品比如锂電池已經是成熟的商業化的産品，石墨烯作為一種新材料，要和成熟的工業化的商品對接，這就需要有比較好的體制和方式來實現。锂電池作為成熟的商品，在不同的應用領域，也不是一個最終的産品，還要符合其他各個行業的一些标準。石墨烯材料加進去，是不是很多東西需要重新去驗證？
甯波中車新能源超級電容研究所副所長鄭超介紹了中車集團石墨烯基超級電容器産品的研發及應用情況。他表示，從研發角度來看，石墨烯原材料是上遊企業提供的，從未來發展趨勢來說，還是要以下遊應用為主，以市場為導向，引導開發。因為石墨烯并不是萬能的，上遊企業可能覺得我做的這個材料很厲害，哪裡都能用，锂離子電池能用，超級電容器也能用。但是石墨烯在锂電池和超級電容器裡起的作用是不一樣的。在锂電池中，石墨烯做導電劑，锂電池的循環壽命一般在1500次左右，對于雜質金屬元素的含量也沒有那麼苛刻的要求。但是，超級電容器要求有幾十萬甚至上百萬次的循環壽命，對于石墨烯的要求肯定不同。所以，石墨烯要進入産業鍊下遊，以企業為導向，以應用産品為導向。下遊應用企業可以牽頭做一些标準，更好地推動石墨烯的應用産業化。中科院院士、北京大學教授劉忠範對于石墨烯對新能源的影響，鄭超表示，一是正的影響，石墨烯材料之前，做超級電容器我們繞不過去的就是活性炭材料，但是活性炭材料的能量密度已經到了極限了。更關鍵一點，活性炭材料國内并沒有國産化，基本還是掌握在日本和韓國手裡，成本很高。所以，我們希望把石墨烯材料應用到超級電容器能夠部分替代或者全部替代活性炭材料，這對于超級電容器整個産業來說是有戰略性意義的，這是正面。
反的方面，我們做了四五年的研發工作，能量密度也隻是做到十一點幾，未來五年目标做到15瓦時/公斤。我們經常看到報道，說石墨烯充一次電，能跑四五十公裡，上百公裡。石墨烯是很好的儲能材料，但是不要誇大它的作用，還是要一步一步踏實地推進，這個過程不是一蹴而就的，需要上下遊産業一起，下遊企業制定一些标準和要求，石墨烯上遊進行改進，形成一個很好的産業鍊結構，共同推動發展。
中科院國家納米中心研究員智林傑介紹了石墨烯基雜化材料用于锂離子電池的研究現狀，他表示，石墨烯在新能源領域有很大的機遇，但是也同樣面臨很大的挑戰，石墨烯行業目前最重要的是要避免跟風炒作，踏實埋頭苦幹。銀基烯碳高級研究員于灏介紹了烯碳新材在石墨烯和锂離子動力電池領域的發展情況，以及集團公司在新能源汽車領域的戰略布局。
近幾年，北京、天津、河北等地霧霾越來越嚴重，引起了國内外的廣泛關注。為了治理霧霾，能源結構和交通結構的調整勢在必行，這也為石墨烯提供了廣闊的應用空間。一方面通過大力發展新能源汽車來減少尾氣排放；另一方面，鍋爐的燃煤，以及農村取暖散煤的燃燒，也是造成空氣污染非常重要的原因。國家在這種背景下提出了“煤改電”的戰略，在這個戰略背景下，利用石墨烯電熱性質的一些電取暖産品，也是新能源的具體表現。
論壇上，寶泰隆石墨烯技術總監古月文志介紹了碳材料分散技術、石墨烯電加熱膜的研發曆程及其在“煤改電”領域應用的重要意義。據了解，寶泰隆于2016年12月建成投産國内首套自動化、連續式100噸級工業化制備石墨烯生産線。
公開資料顯示，東旭光電積累了石墨烯電熱膜技術，研發了如電熱膜、電熱地闆、電熱壁畫、電熱暖氣等應用産品。此外，杭州熊爸爸推出了壁挂式石墨烯取暖器，北京綠能嘉業新能源公司研制出“畫暖家”石墨烯暖畫系列産品。
劉忠範院士認為，未來石墨烯産業一定是個大蛋糕，但發展需要工匠精神。目前，石墨烯産業基礎研究處于熱潮，大規模應用研究還剛剛走出實驗室，隻有堅定信心，持續推進，一定有美好的未來。
為積極推動石墨烯與下遊應用結合，加速已接近成熟的石墨烯技術實現産業化，從更高層面布局石墨烯産業發展，中關村石墨烯産業聯盟2017年将推出“烯望跨界系列”專題研讨會，重點探讨石墨烯在關鍵應用領域中存在的問題、瓶頸及解決途徑。本次“石墨烯+新能源”研讨會是“烯望跨界系列”的首場活動，接下來還将舉辦石墨烯+交通、石墨烯+健康、石墨烯+智能、石墨烯+環境等專題研讨會。
“未來聯盟将充分發揮紐帶作用，将政府、資本、企業、科研院所有機地聯系在一起，應用激活産業鍊，通過形式多樣的活動，推動跨界合作交流、技術協同創新，破解石墨烯上下遊應用脫節的難題，推動産業發展進步。”中關村石墨烯産業聯盟秘書長周靜表示。
在锂電池中，石墨烯做導電劑，锂電池的循環壽命一般在1500次左右，對于雜質金屬元素的含量也沒有那麼苛刻的要求。