中国石墨烯产业站上风口了吗？新技术目标将石墨烯粉末价格降到每公斤50元

互推小编 2023-06-27

拿着一大瓶自己制造的石墨烯粉末，于庆凯教授请记者掂量了一下，2升体积大约只有20克，而同体积的碳粉，大约达到2000克。

11月12日—14日，石墨烯行业迎来了一年一度的盛典——2021（第八届）中国国际石墨烯创新大会。会上，上海氢田新材料科技有限公司创始人于庆凯宣布：天然气裂解制备高品质石墨烯产品下线。

这是一个产学研用协同创新成果，也是上海市石墨烯产业技术功能型平台今年孵化的典型成果。它的出现，将大大降低石墨烯的成本，且制备过程无污染、低能耗，将有力推动石墨烯的商业化快速实现。

在国家新材料产业发展专家咨询委员会委员、石墨烯产业技术创新战略联盟秘书长李义春看来，目前石墨烯产业发展已进入了深水区。石墨烯从实验室到市场端的跨越之路并非一帆风顺，而随着投资逐步回归理性、市场竞争日趋激烈，行业进入调整洗牌阶段，一批真正打磨产品、具有工匠精神的石墨烯企业逐渐显露出来。长三角区域已成为推动我国石墨烯产业发展的龙头集聚区，中国也成为了推动世界石墨烯产业发展的重要力量。

石墨烯的前世今生

石墨烯，是迄今为止最薄的二维纳米材料，被誉为“新材料之王”。如果石墨是一本书，那么石墨烯就是一张纸。

它的发现，使两位科学家荣获2010年诺贝尔物理学奖，也掀起了世界石墨烯研发与应用的热潮。

石墨烯也创下了多项世界之最——是目前世界上电阻率最小、导热率最高、电子迁移率最高、最硬与柔韧性最强的材料。

也正因为此，石墨烯极具应用潜力，在新能源、航空航天、电子信息、热管理、节能环保、复合材料等传统和新兴领域，都呈现出良好的应用前景。

石墨烯的优异性能，也让全球80多个国家和地区投入石墨烯及其应用产品研发。美国、欧盟、英国、韩国和日本，更是将石墨烯研究提升至战略高度，以期在新一轮的国际竞争中抢占石墨烯产业发展的制高点。

目前，中国石墨烯产业呈现蓬勃发展态势。李义春介绍，中国目前已经成为石墨烯专利大国，专利申请量占全球78.18%；石墨烯生产大国，粉体产能1.46万吨，薄膜产能740万平方米；石墨烯产业化大国，2020年市场规模为140亿元，2025年市场规模预计达到1000亿元。全国范围内，已成立石墨烯产业园37个，石墨烯研究院98家，石墨烯产业创新中心12个，地方联盟13个。长三角、珠三角、京津冀等石墨烯产业集聚区已经形成。

上海在石墨烯领域具有一定的优势。比如，基础研究成果积累丰富，处于与国际并跑阶段，论文发表量及专利申请量较高，在石墨烯高端领域的研究处于国际领先地位。

上海也具有良好的产业链，能支撑石墨烯产业发展。上海正在打造的一批战略性新兴产业，包括航空航天、新能源汽车、海洋工程、电子信息等，对各类先进材料的需求极为迫切，为其应用产品提供了广阔的市场空间。

此外，上海有一大批大型企业，具有深厚的技术积累，石墨烯应用技术若率先在这些企业取得突破，将拉到产业迅速发展；而一些龙头企业正待转型升级，石墨烯应用可以提升其产品性能，在新材料领域为企业开辟新的增长点。中国石墨烯创新企业有近一半集聚在长三角地区。

更难得的是，上海具有良好的创新生态环境。为建设具有全球影响力的科技创新中心，上海发布了一系列人才、金融等政策，人才储备充足、资本市场成熟，是适合高科技企业发展的一片沃土。

但也不得不看到，石墨烯产业发展到现在并未形成规模，一方面是成本依然过高，另一方面是不少创新成果依然停留在实验室阶段，距离实现产业化依然需要时间。

在长三角国家技术创新中心主任刘庆看来，我国材料产业规模、材料领域科技队伍规模、论文专利均为世界第一，但仍面临尖端材料供给不足、产业链安全受到威胁、科技原创能力薄弱等问题。石墨烯作为目前备受关注的新材料，要踏实地走好未来的产业发展之路，仍需对这些问题深入思考。

实验室到工厂的“篱笆墙”如何打破？

在位于宝山的上海石墨烯产业技术功能型平台，记者见到了于庆凯教授的鼓泡CVD级高质量石墨烯粉体中试车间。

上海石墨烯产业技术功能型平台的中试基地

这个看似厂房的实验室，通过鼓泡化学气相沉积法生产高质量石墨烯粉体。通过天然气全分解而实现石墨烯和氢气共生。这样的创新技术研究，在全球都是领先的。

据介绍，2004年，石墨烯从块体石墨中分离出来，由此开启了一个火热的材料分支：二维材料。但是现在主流的石墨烯粉体制备路径，需要使用大量的化学试剂，比如硫酸、高锰酸钾等，产生环保压力。

“经过多年的研发，我们找到一个近乎完美的制备路径，以天然气为原料，通过裂解共生氢气和石墨烯。其制备路径无二氧化碳产生，不使用其它化学原料，所产生的氢气和石墨烯，质量高，价格低，无污染，低能耗。”于庆凯告诉记者，“在探索过程中，我们得到了中科院微系统与信息技术所和位于宝山环上大科技园的上海石墨烯产业技术功能型平台的鼎力支持，为我们提供了人力资源、资金、场地、设备，最终使这项技术成功孵化，将在今年年底形成规模产能。”

于庆凯向记者展示其团队研制的石墨烯粉末

让普通人感受最直观的，是这项技术创新对于石墨烯价格的断崖式降低。目前市场上石墨烯粉末的价格达到每公斤1000元以上，于庆凯表示，通过该技术已经让石墨烯粉末价格降到每公斤500元。到2023年，目标将石墨烯粉末的价格直接降到每公斤50元。

从实验室到工厂，中间时常会有一道“篱笆墙”阻碍去路。科研成果如何完成从样品到产品再到商品的转化？为了打通产业化的“最后一公里”，2015年，上海石墨烯产业技术功能型平台应运而生，成为上海首批启动建设的六个研发与转化功能型平台之一，是上海建设具有国际影响力科创中心的“四梁八柱”之一。

解决中试难题，正是平台的一个重要功能。开展中试，是一个从指定中试规划，到输出满足批量生产的生产工艺性文件的系统过程，其间，要完成工艺、工装、结构、产品数据、产品可靠性等多项验证工作。

对于大多数高校（实验室）及中小企业来说，由于物力、财力限制，要独立建立中试基地是不可能的，也就在一定程度上阻碍了一些优秀科研成果向产业化的转化。

目前，石墨烯平台已建成专业化中试基地1万平方米，且由于其所在的宝山工业园区处在结构转型中，为后期扩容提供了充足空间。上海石墨烯产业技术功能型平台董事长梁勇介绍，一般经过中试阶段2—5年，科研成果便可实现批量化生产。即便中试失败，也是一种成功，因为验证了技术路线不对。

此外，梁勇坦言：“实验室成果难以直接走向市场一个很大原因，就是投资方‘看不懂’：科研成果不同于消费类平台类项目，许多投资者对于盈利模式或产品先进性一知半解，自然不会投资。”

就在今年，于庆凯成立了上海氢田新材料科技有限公司，其中上海石墨烯产业技术功能型平台占股10%。目前，公司正在进行天使轮融资。

眼下，上海石墨烯产业技术功能型平台已汇聚百名国内外石墨烯顶级科学家，成功合作孵化项目25个，集聚企业43家，吸引产业资金超亿元，围绕解决卡脖子问题、关键核心技术攻关和颠覆性技术创新，研发中试及产品性能达国际领先水平。

换个角度看“风口”

今后出门可以不带“充电宝”，身上穿的衣服就能随时为手机进行无线充电？这一科幻场景正在变成现实。

不久前，复旦大学高分子科学系彭慧胜团队，通过系统揭示纤维锂离子电池内阻随长度的变化规律，有效解决了聚合物复合活性材料和纤维电极界面稳定性难题，连续构建出兼具良好安全性和综合电化学性能的新型纤维聚合物锂离子电池。相关研究成果已发表于《自然》（Nature）主刊。审稿人评价这一成果是“储能领域和可穿戴技术领域的里程碑研究”，“柔性电子领域的一个里程碑”。

彭慧胜团队，也是上海石墨烯产业技术功能型平台支持的团队。目前，产品已在部分领域实现应用。

同样获得平台支持的上海大学吴明红团队，其研发的石墨烯复合微生物水体治理材料，专注于河道治理及修复水生生态环境，已在上海宝山、湖南湘潭等地进行了大量的工程应用。

上海石墨烯产业技术功能型平台

近年来，石墨烯是否已经站上风口，始终是人们热议的话题。梁勇提出，不妨换个角度来看。

梁勇认为，石墨烯作为一种先进的碳材料，和其他材料一样都面临着能级提升的问题。就算有“风口”，也是人们在应用端的感受。打个比方，当消费者穿上一件运用了石墨烯的功能性服装，所感受到的不会是石墨烯本身的特别，而是这件智能服装所带来的整体的效果和魅力。“我特别欣赏中科院微系统所的理念，即材料、器件、系统。当石墨烯融入系统终端，对产品的性能提升起到作用，就算谈论风口，人们谈论的也是这些产品的风口。”

在中国国际石墨烯创新总结大会上，常州二维碳素科技股份有限公司董事长金虎，介绍了企业应用二维碳素石墨烯所做的智慧清洁供热工程案例。不论是长三角城市的精装公寓房，还是内蒙古农村的改造旧房，已利用石墨烯电采暖技术对超过两万户居民的住房进行安装。对用户来说，石墨烯是不可见的，但它所带来的温暖能够被人们所感知。

李义春认为，只有有真东西的石墨烯企业才有生命力，有好东西的石墨烯企业才能更好地发展。

上海布局石墨烯这一战略前沿材料，将发挥人才资源丰富，高校、科研机构密集，跨国公司和高端应用集聚的优势，打造全球石墨烯研发和应用转化高地，兼顾传统老工业基地转型发展，也为宝山打造成上海科创中心主阵地奠定坚实基础。

栏目主编：周楠文字编辑：周楠

图片由宝山区提供、周楠摄

来源：作者：周楠吴越

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