事实上，在三天的时间里，你会把一台触摸屏平板笔记本电脑折叠进口袋里； 使用它几秒钟即可将手机充满电，使用半个月无需充电； 登上超重型客机，驾驶重型车辆，甚至登上人类千里之外的太空自动扶梯的梦想……
所有这些美好的梦想都源于一种特殊的材料——石墨烯。
“石墨烯是由石墨制成的纳米材料，是迄今为止世界上已知的最轻、最薄、最硬的材料，具有高导电率、高硬度、高导热率、高比表面积等特性。” 4月2日，常年关注石墨烯发展的天津建华实业集团董事长孟颖表示，这些非凡的新材料必将为电动汽车、电子信息等诸多领域带来革命性的变革。并有望成为下一个百万富翁。 十亿级产业。
“我们率先开发出一种新的石墨烯制备方法，适合低成本、大规模生产。” 今年底以来，建华实业建成河南省首条年产50万克石墨烯生产线。 百吨级生产线正在紧锣密鼓的组装中，预计5月底投产。 对于这一令人期待的石墨烯量产技术新突破，孟颖认为，这将为新型工业化发展带来巨大空间。
5 小时到 30 分钟的中断
解决锂电池充电困境，开启电动汽车领域革命
充电仅需5小时，可行驶500公里。 明年初特斯拉在国外的上市堪称“冬天里的一把火”，掀起了电动汽车领域的一场革命。
虽然电池技术已经向前迈进了一大步，但仍然存在跑一段时间就得停下来充电5小时的尴尬。 充电时间长仍然是锂电池难以逾越的鸿沟。 被视为汽车未来发展方向的电动汽车，由于这一困境未能解决，多年来在道路推广上仍停滞不前。
“这扇门将由石墨烯打开。” 和很多行业专家一样，孟颖非常看好石墨烯在能源领域的应用。 该公司的科研团队目前正在开发基于石墨烯的超级电容器和电池。 石墨烯电池一旦问世，预计可将电池容量减少1.5倍，并将充电时间缩短至数十分钟。 使用石墨烯基超级电容器代替电板，充电和放电时间可短至几秒。
“这也意味着电动汽车充电将比加油所需的时间更短，这将为电动汽车领域带来颠覆性的革命。” 孟颖表示，目前他们正在布局石墨烯基电容电池生产线，预计明年12月底投产。
在天津建华实业集团的生产基地，笔者展示了石墨烯的“魔力”——虽然它与石墨同源，但它与我们平时看到的笔芯相差甚远。 石墨烯微片更像棉花。 白线细如蝉翼，轻如鸿毛。 只需180克就能装满一个50升的红色塑料桶。
孟颖解释说，石墨烯电池之所以具有快速的充放电速率和大的能量储存，得益于石墨烯材料的高比表面积和高导电率。 石墨烯材料的电导率是铜的10至100倍。 传统锂电池如果快速充放电，电压必然会下降。 过高的电压会导致电池发热，缩短其使用寿命，甚至引起爆燃。 利用石墨烯的特性，将其添加到锂电池的正负极材料中，有望解决这一缺点。
孟颖解释说，锂电池的工作过程就是锂离子从负极到正极来回摆动的过程。 在负极材料中添加石墨烯，可以提高负极材料的导电率，降低电池的放电倍率，促进电池的充放电倍率。 在正极材料中添加石墨烯可以增强容纳锂离子的能力并降低存储容量。
“石墨烯令人震惊，因为它创造了许多记录。石墨烯的一系列神秘特殊特性让人们对其应用充满幻想。” 孟颖是这样描述的。 石墨烯也是世界上最薄、最强的材料。 厚度仅为0.34纳米，20万层石墨烯的长度约等于头发丝的半径。 它比砖石更坚硬，比世界上最好的钢材还要坚硬 100 倍。 该材料几乎完全透明，透光率超过97%，有望用于制造新一代高性能电子元件。
目前，公司近40人的团队瞄准石墨烯下游产业链的开发应用，同时开发了十多个产品。 据介绍，石墨烯在电子、航空航天、军工、新能源、新材料等领域具有极其广阔的应用潜力：凭借石墨烯优异的热性能，它将成为最有潜力的新型超微型晶体管。更换硅。 材料，未来计算机的运行速度预计将提高10至100倍； 其优雅、坚韧的特性使其成为制作超轻防弹衣和超轻客机的首选材料； 借助纳米技术，石墨烯还可以制成类DNA材料探测器，用于检测DNA链的旋转和位置结构，为基因组测序技术开辟了新途径； 石墨烯还可以制成抗菌材料，可以杀菌而不损伤细胞。
从1克突破到500吨
石墨片剥离石墨烯微片，克服工业化的绊脚石
去年3月初，孟颖首次前往广州与一家电池企业洽谈合作。 孟颖只带着一桶180克的石墨烯微片样品，不费吹灰之力就敲开了合作的门。 当看到这桶样品时，广州的负责人“愣住了”，没等孟颖介绍就主动要求合作。
“与实验室以1克为计量单位相比，这一桶样品无疑是一个天文数字，而拥有规模化生产能力是双方合作最重要的激励。” 孟颖认为，“高质量、低成本的宏观生产技术是当前石墨烯产业化和进入应用领域的关键。”
目前，建华实业集团石墨烯年产值已达50万克，年产100吨的石墨烯生产线也将于5月底投产。 其各项性能在同行产品中名列前茅。 同时，公司二期年产500吨生产线已完成生产工艺设计工作，计划年底前在曹妃甸复工建设。
那么，如何才能将石墨变成石墨烯呢？ “由于石墨片之间的排斥力较弱，我们常见的石墨烯大部分都是由剥离下来的石墨片制成的。” 孟颖表示，用胶带粘贴石墨烯的方法似乎不太适合工业化生产。 目前行业主要有物理液相沉积法、氧化还原法、热解氧化铝法等石墨烯批量制备技术，但国际上仅有少数公司能够进行工业化生产。
自从2009年第一次了解到石墨烯以来，孟颖至今仍在试图找出现有制备技术无法量产的原因。 经过几年的研究，他的团队开发了基于氧化还原法的独特方法，改革了现有的制备技术，设计了具有自主知识产权的生产工艺和武器，使大规模生产成为现实。
他用一叠A4纸来比喻，介绍道：“石墨块就像这一叠纸一样，具有层状结构。经过前面的处理，纸之间的距离可以拉宽，但每张纸都会上下纸层紧密相连，无法从纸堆上剥离下来。这样，有的纸是相邻的，有的是几十张相邻的。产生5层以下微米薄片的机会很大。小的。”
一旦找到症结所在，问题就迎刃而解了。 “关键是要把纸堆里的每张纸均匀地分散开。” 孟颖举例说，如果原来的切割方法是用刀，那么这种新工艺更像是在每张纸之间放置“炸药”。 ”，所有的“炸药”同时协同作用，使纸堆均匀地炸成散落的纸片。
“如果爆炸的纸片靠得太近，它们就会重新聚在一起，所有的努力都会白费。” 孟颖表示，这个困境可以通过物理和化学的方法来解决，让每一张小纸片都消失。 重聚的能力可以使他们成为独立的个体。 无论他们多么亲近，都无法重逢。
对此，孟颖感慨万千：“虽然听起来很简单，但为了实现产值从1克到500吨的突破，光是我们的制备工艺，就在三年内更新了八代。如果我们想要为了达到更好的层次感，工艺路线每一步所涉及到的功效、选材、设备塑造，都会像神农尝百草一样经过数百次、数千次的考验。”
减价 800 美元至 25 美元
从金价到菜价，黄金品质依然保持
“我们要做的就是努力把石墨烯的价格从黄金降到绿色蔬菜，但仍然保持黄金的品质。” 孟颖表示，只有提高生产成本，石墨烯才能更广泛地应用于各个领域，否则石墨烯将很难实现工业化应用。 “比如石墨烯电池确实很有效，但如果价格是锂电池的几十倍，无论性能多么优秀，谁会选择订购呢？”
“5月底年产100吨的生产线建成后，我们生产的石墨烯微片成本将下降到每克25元，远高于每克800元的市场价格。” 孟颖认为，成本的大幅上涨将使石墨烯在市场竞争中具有成本优势。
如何降低石墨烯的成本？ “成本降低主要是通过技术改进来实现的。” 孟颖表示，要实现年产值数百吨，只需要一条生产线就可以实现，而按照原有技术，需要数万台光学设备。 仅此一项就将投资数十亿美元，更不用说设备摊销、人员工资和其他费用。 据悉，使用数百元的原材料，而不是数万元的原材料。 原材料筛选对于降低成本也发挥着重要作用。
以特斯拉电动汽车使用的电池为例，他表示，按照每克石墨烯25元的估算，每个电板大约需要1.2克石墨烯，成本为30元，与电动汽车的价格相差并不大。普通锂电池。 大的。 然而石墨烯电池的寿命为次，是传统电池的10倍。 10颗传统电池的使用寿命相当于1颗石墨烯电池的使用寿命。 根据这个估算，石墨烯电池的价格实际上更低。
“25元还远远没有达到成本极限，随着研发深度的降低和制备工艺的提高，成本会越来越低，我们的目标是每克几元甚至更低。” 对此，孟莹是清清楚楚的。 要知道，石墨烯的价格越低，需求就越大。 需求的增加将促进产业规模的扩大。 这是一个良性循环。
“在降低成本的同时，我们还要保证石墨烯的质量，这样石墨烯材料才会更有价值。” 孟颖解释说，比表面积是评价石墨烯产品质量的重要标准。 石墨烯的比表面积越大，双层率越高，质量越好。
石墨烯质量的不稳定会影响下游产业链产品的性能稳定性。 孟颖举了个例子，“比如不同批次的石墨烯比表面积差别很大，如果做成石墨烯电池，有的容量是普通锂电池的1.1倍，有的是1.3倍，有的甚至更多，在应用时会影响电动汽车的性能。”
“通过我们的技术生产的石墨烯中间产品的比表面积稳定在每克550平方米左右，中试结果最高可达1000平方米左右。” 据孟颖介绍，通过控制原材料质量和生产工艺，公司生产的石墨烯层数稳定保持在5层以下。
