石墨烯超级电容器领域市场向好 产业化还需加力

    编者按：石墨烯是世界最薄、最硬的材料，是从石墨材料中剥离出来、由碳原子组成的只有一层原子厚度的二维晶体，其潜在用途有保护涂层、透明可弯折电子元件、超大容量电容器，还可以用于动力电池，业内认为这正是电动汽车能否取得跨越式发展的关键。　近年来，国家出台多项政策加速推动各类石墨烯产品的研发，其市场未来发展空间巨大。然而，目前石墨烯发展尚存在许多瓶颈，要实现产品的产业化还需要各方继续发力。

    从目前已知技术进展看，石墨烯有望提升超级电容器能量密度10倍以上，将大大改变目前超级电容器性能上的不足。因为看到了石墨烯作为新材料的优越性，世界各国都投入了大量的人力和财力推进其研发和生产。美国作为科技强国，自然不会错过这一难得的机遇，包括IBM、英特尔、波音等国际大公司等，开始投入大量的科研力量进行石墨烯的研发。欧盟更是将石墨烯列为未来新兴技术旗舰项目之一，计划十年内提供10亿欧元资助，将石墨烯研究提升至战略高度。在亚洲，石墨烯的发展也极其活跃，韩国预计2010年—2018年间，向石墨烯领域提供总额为2.5亿美元资助，三星则在手机及芯片的石墨烯应用上，投入巨大的研发力量。日本众多企业，如日立、索尼、东芝等也投入了大量资金和人力，从事石墨烯的基础研究以及应用开发。

    石墨烯超级电容器领域市场空间巨大

    电极材料是制作超级电容器的关键技术，其制作难度较高。超级电容器可以分为电极、电解质、集流体和隔离物4大部分，其中电极是超级电容的关键部件，电极成本占到整个电容器材料成本的40%-50%，是技术难度最高的环节，因此电极材料制造能力是超级电容的核心能力。

    电极材料的性能要求，包括高比表面、高中孔率、高电导率、高堆积比重、高纯度、高性价比6个方面。目前，双电层型超级电容器的电极材料，主要包括活性碳电极材料、碳纤维电极材料、碳气凝胶电极材料、碳纳米管电极材料，但是，由于成本优势，目前超高比表面活性炭占了电极材料的很大部分。

    相对于活性炭，石墨烯材料具有多重优势，比如很高的比表面积和更加优异的导电性，比容量也高于一般的活性炭和碳纳米管。此外，其特殊的平面二维结构使之具有更为丰富的微观结构，有利于电解液的渗透和电子的传输。因此，石墨烯化工行业非常适合作为超级电容器的电极材料。

    目前，石墨烯电极材料较大的一个劣势在于成本较高。未来，随着石墨烯粉体生产实现规模化、石墨烯粉体制造工艺及生产技术不断升级，石墨烯电极成本会大幅度下降，石墨烯电极取代目前电容器碳电极将成为可能。

    近年来，在国家政策的推动下，我国超级电容器行业取得了较快发展，2015年行业市场规模突破40亿元，同比增长40%。“十三五”期间，推动我国超级电容器行业发展的主要动力仍然在于政策，新能源汽车、风电、交通轨道、电力、军工等超级电容应用领域，都是国家“十三五”期间政策重点扶持对象。

    中投顾问产业研究中心预测，未来五年国内超级电容器行业仍将保持高景气度，预计未来五年的年复合增长有望达到30%，至2020年超级电容器市场规模有望达到150亿元，以45%的电极材料成本估算，2020年电极材料市场规模可达67.5亿元。

    与大多数石墨烯粉体应用市场不同，当前石墨烯在超级电容器领域的应用技术已经具备，阻碍其市场渗透率提高的主要原因在于成本过高，一旦石墨烯成本下降至普遍可以接受的范围，市场渗透率将快速提升。以10%的渗透率估算，2020年超级电容器领域石墨烯市场规模约为7亿元。

    超级电容器领域石墨烯市场规模预测

    国家政策鼓励支持石墨烯产业发展

    近年来，国家出台多项政策，鼓励支持石墨烯产业发展。国家各部委不断出台指导意见和规划文件，明确了对石墨烯材料的支持与发展要求。习近平总书记曾在两年内3次考察调研石墨烯，并在参观英国曼彻斯特大学国家石墨烯研究院时指出，“中国是石墨资源大国，也是石墨烯研究和应用开发最活跃的国家之一”。

    2014年9月，科技部863计划纳米材料专项提出，将石墨烯研发作为一个重点支持的内容，石墨烯研发正式进入到国家支持层面；2015年出台的《<中国制造2025>重点领域技术路线图》则明确了未来十年我国石墨烯产业发展路径，并制定了2020年形成百亿产业规模，2025年整体产业规模突破千亿的政策目标。同年，国家发改委、工业和信息化部、科技部等3部委联合发布《关于加快石墨烯产业创新发展的若干意见》，提出将石墨烯打造为先导产业，并明确了2020年底石墨烯产业的发展目标、发展重点和路线图。

    与此同时，一些地方在石墨烯产业化应用方面也进行了大力开拓。北京在石墨烯领域已经开展了一系列工作。其中北京市科委启动了《石墨烯科技创新专项（2016-2025）》，力争在石墨烯材料制备及应用等领域取得重大突破，抢占全球石墨烯科技制高点。此外，北京还在积极筹建北京石墨烯研究院。中关村丰台科技园正在建设石墨烯产业园。江苏常州和山东青岛是石墨烯产业发展较早的两个城市，已成为两个国家级的石墨烯产业化基地。例如，青岛高新区建设了国内首个国际石墨烯创新中心和北方地区惟一的国家级石墨烯产业创新示范基地，吸引了包括中央“千人计划”专家、“长江学者”和山东省“泰山学者”在内的我国石墨烯产业顶级人才纷纷前来落户，引进石墨烯及先进碳材料项目50个。目前，青岛市已形成了以青岛高新区、平度市、莱西市为代表的一批石墨烯产业示范区，形成了“区域合作、地区联动、协同发展”的良好态势，以石墨烯为引领的先进碳材料特色产业集群初步显现。此外，浙江宁波、广东深圳等城市的起步也较早。目前，石墨烯产业的发展正在从沿海向内陆进行蔓延，四川、内蒙古、广西、宁夏等省区也在大力发展石墨烯产业。

    随着政策支持力度不断加大，我国石墨烯产业的发展也取得了令人瞩目的成绩。截至2015年，我国石墨烯专利技术申请量约占全球石墨烯专利技术总量的1/3，并且相继推出了高品质石墨烯制备、石墨烯基锂电池、石墨烯柔性显示屏、石墨烯防腐涂料等相关产品。

    石墨烯发展仍存在瓶颈

    在我国，石墨烯产业近年来发展迅速，众多石墨烯产业园区以及创新创业平台不断涌现，带动产业规模不断壮大。然而，石墨烯发展存在许多瓶颈。“国内石墨烯产业发展还比较粗放，雷声大雨点小，许多公司都号称有了引领时代的产品，但实际上目前根本还不能投入市场。”科技部发展战略研究院产业科技研究所副所长陈志提到，中国石墨烯发展的瓶颈主要集中在高质量石墨烯实现低成本制备、下游应用领域的开拓、石墨烯产业标准认证，以及应用石墨烯材料特性的电子器件研发等。“未来石墨烯产业发展，亟须加强产业链协同创新，使石墨烯材料研发制备环节与下游应用需求紧密结合。”陈志说。

    粗放经营导致大量石墨资源浪费

    石墨烯被人们逐渐了解，是从2010年才开始的。随后数年，石墨烯制备技术研发不断升温。据统计，华丽家族、德尔未来、东北证券、中国宝安、中泰化学等上市企业，已经通过收购、入股等形式进军石墨烯领域。

    国家将石墨烯作为战略产业规划，给了业内更多的期望。《中国制造2025年》明确提出，我国石墨烯产业到2020年将形成百亿元的产业规模，2025年将达到千亿元的产业规模。

    然而，与上游研发热、资本追逐热等形成鲜明对比的是，其下游规模化应用却频频遇冷。

    中国国际石墨烯资源产业联盟副秘书长赵猛日前表示：“石墨烯的投资像当年的造船、光伏，显得过热。”赵猛指出，在石墨烯的研究方面，当前我国有石墨烯相关企业、研究机构500多家，但主要作为添加剂使用，对传统产业进行修补，而欧美的研究则主要集中在光电器件、传感器、医药、环保材料等高端领域。

    在今年举办的中加石墨烯产业及应用研讨会上，中国非金属矿工业协会石墨专委会副秘书长刘荣华则感叹道：“近期，我们对石墨烯产业链进行了调研。调研发现，我国部分石墨烯企业仍受制于制备工艺不成熟、成本高、不稳定性等因素，从而导致其商业化应用推广进程缓慢。”

    业内人士指出，我国有近千家石墨企业，由于各种原因，这些企业滥采乱掘、采富弃贫、粗放经营、管理水平低导致大量石墨资源浪费。科技部有关人士透露：“如果按照目前的开采方式和速度，最多20年，国内已探明的石墨资源将消耗殆尽，届时中国将从国外高价进口石墨，由石墨大国变成石墨贫国。”

    同时，石墨烯也面临制备成本高、产能低的瓶颈。在人们的普遍认识中，石墨烯是实验室材料，昂贵的售价阻碍了它的普及。据了解，单层石墨烯1克售价曾达到上1000元。宁波墨西科技相关负责人曾表示，可以将石墨烯价格从1000元/克降到1元/克，但实际依然是理论数据。陈志认为：“当一种石墨烯材料具备了好的特性，是否具有较高的导电、导热的特性，是否单片剥离，并且有几层的，都决定了此石墨烯产品是否是高品质的材料，价格也会有不同。目前来看，我国的技术研发并没有带来价格上的突破与优势。”

    产业化还需加力

    “目前资本市场将石墨烯捧成了‘上帝材料’，上市公司大都是处于亏损状态，石墨烯市场虚火过旺。”工信部赛迪研究院原材料工业研究所所长肖劲松认为。

    9月18日，中国国际石墨烯资源产业联盟召开的研讨会上，诺贝尔奖获得者、曼彻斯特大学教授安德烈˙海姆指出，“由于制备和应用技术制约，石墨烯目前还不能大规模产业化，但石墨烯产业化前景可期。”据中国石墨烯产业联盟的预计，目前全球石墨烯年产能达到百吨级，未来（5~10）年将达到千吨级。中国将在全球石墨烯产业中起到主导和核心作用。

    “绝大部分成果还是处于实验室阶段，离投入产业还很远。”陈志说，按照硅材料产业的成熟周期为20年推断，石墨烯产业化成熟至少还需要（5~10）年，接下来，如何破局是关键。破局正迎来曙光。9月6日，中国首个石墨烯量产化基地在厦门投产，预计到2020年产能将达到5000吨，旨在全面改善石墨烯高价位低产能的状况。“未来3年，我们将增加投资1亿元，将研究所建设成为国家级石墨烯科研实验室，进行产业化应用的深入研究，打造全球石墨烯应用科研高地。”该产业基地投资商恒力盛泰执行董事长陈木成说。

    2015年底，国家发展改革委、工信部、科技部3部门发布了《关于加快石墨烯产业创新发展的若干意见》(以下简称《意见》)。《意见》提出，到2018年，石墨烯材料制备、应用开发、终端应用等关键环节良性互动的产业体系基本建立，产品标准和技术规范基本完善，到2020年，形成完善的石墨烯产业体系，形成若干家具有核心竞争力的石墨烯企业，建成以石墨烯为特色的新型工业化产业示范基地。

    对此，陈志建议，从国家层面加大政策扶持力度，形成整个行业的差异化竞争。“避免不同区域省市的低水平重复建设；对地方政府来讲，要引导石墨烯应用与当地产业规划相结合，形成产业链上下游集聚效应，不断拓宽产业应用面，完善产业园区的创新机制和创业服务；石墨烯创新企业要着力突破石墨烯材料的高质量稳定生产，构建示范应用的新领域新通道。”<