尽早布局抢占先机 漳州南靖石墨烯产业的理性探索
技术人员查看产品检验生成的数据。
张玉婧摄
石墨烯产品张玉婧摄
台海网9月16日讯 据福建日报报道 电子迁移率是硅的100倍，热导率是铜的10倍，强度比钻石还坚硬……石墨烯是国家重点支持的战略前沿产业，我省已有“两核三地”大力推进石墨烯产业发展。
不过，对于多数人而言，石墨烯仍是遥远神秘的高科技。它最大的问题，是难以降低巨大的制备成本，找到具有代表性的应用，飞入寻常百姓家。但在山区小县南靖，一些石墨烯从业者并不急躁，虽然步调节奏相对缓慢，但他们用理性务实、抱团共振的态度一点一滴推进产业发展。
应用之路困难重重
这两天，漳州巨铭石墨材料有限公司技术总监彭锴奔跑于南靖县和厦门市之间。彭锴的任务之一，就是请厦大研究人员对他们研发的石墨烯负极材料进行评估，内容包括使用寿命和工艺环境等。“小试和中试没问题，但量产面临困难。因此，我们要对新材料的性能深度评估，量身定制应用途径，以便量化生产。这样的检测需半年左右。”彭锴表示。
石墨烯具有优异的机械、电化学和热学性能，在柔性器件、智能机器人、航空航天等领域有广泛应用。但石墨烯制备出来后，会团聚在一起。此时如果将石墨烯与其他材料复合，无法利用到石墨烯优异的导电性、导热性、柔韧性。这期间，彭锴需要反复使用新产品，发现问题后再回实验室研究。最终，他们成功对石墨烯进行表面改性，提高石墨烯的分散性。可是，科研团队对此工艺仍不满足。“每一项技术都是有一个不断演化、完善的过程。”彭锴说。
理论上说，如果把单层石墨烯用在手机电池上，可以达到“充一次电用30天”的效果。但石墨烯诞生都十余年了，连续用30天的手机在哪儿？“单层石墨烯最强，多层石墨烯较差。但单层石墨烯的制备成本太高，用在手机电池上，售价高达数万元，无法走向市场。”作为石墨烯下游企业，南靖泰启力飞科技有限公司技术总监亦奇认为，石墨烯的技术壁垒不高，但应用壁垒很高，问题就出在制备技术上。石墨烯量产的最便捷方法就是化学剥离法，但污染环境。机械剥离法虽环保，但费时费力费钱，产量也很低。在产量限制下，石墨烯的价格居高不下，优异性能无法发挥。
“石墨烯产业受三方面影响。一是如何破解石墨烯‘团聚’问题。二是应用技术。三是与石墨烯制造和应用技术相关的商业化因素。”彭锴说。目前，第三个方面影响很大，而第一和第二方面发挥的作用较小。如果石墨烯电池性能只提升了30%，价格却提升了80%，下游企业肯定不愿意尝试。反之，如果石墨烯对电池性能的突破是颠覆性的，那么下游企业的积极性肯定高。因此，技术突破上还需大量工作。
尽早布局抢占先机
尽管技术壁垒高，巨铭石墨、泰启力飞、万宝能源等石墨烯企业仍在南靖县抓紧布局。“就拿巨铭石墨来说，在南靖的电费是0.56元/千瓦时，电费成本比竞争对手在其他地区投资的子公司低。另外，相关部门也在着手解决融资、科技补助、产品推广的问题。这些都是南靖的优势。”南靖县发改局局长杨毅斌表示。
“石墨烯短期难于盈利，多数公司采取的办法是，利用石墨等其他产业反哺石墨烯板块。现在，我们运用物理和化学相结合的方法使得石墨‘脱层’，并把容易‘团聚’的石墨烯大致均匀地附着在硅碳材料表面。这种锂电池负极材料电池使用寿命变长，充放电速度更快。”彭锴告诉记者，传统石墨产业高能耗高污染，难以长远发展。他们已经投入2亿元与高校合作科研，在“制备工艺”上较劲，把制作费用降下来。
对于下游的泰启力飞来说，石墨烯没有最好，只有最合适。“石墨烯的品相有上百种，每一种都有它特殊功能。做电容和做超级锂电池的公司，对石墨烯的要求都不一样，要‘掺杂’其他材料。这就牵扯到改性、培育电厂这种复杂的实践。”亦奇表示，泰启力飞聚焦石墨烯在工业及民生用品方面的应用，例如LED照明灯、锂电池以及一些电子零件里的散热器或者导电体。这些产品在业界用量大，验证期会较短，成果展现比较快。
“石墨烯产业化的推动很累很苦。尤其在市场推广方面，客户非常谨慎，作为新技术，需要逐渐导入，这使公司产品不能快速放量。”亦奇举例说，石墨烯基锂离子电池产品在大批量导入之前，都会涉及客户的尝试和了解；石墨烯散热大功率LED照明产品在推广时也面临同样问题，通常需要先在几条马路上做起来，客户跟踪一段时间以观察效果。这导致无论免费模式还是收费模式，前期的量都不大。
先从消费市场入手
道阻且长，每个企业却有自己的“独门秘笈”。
“我们专注于导电导热这两块。如果产品十分独门，市场不容易打开。如果产品应用范围比较广，企业就可以闯出一条路来。”亦奇表示，他们研究的材料做成电动车的锂电池外壳，有几大优点：第一，高散热性，使得锂电池的使用年限比较长；第二，壳体有抗静电、抗电池屏蔽的功能，也不会受到电池波干扰；第三，防火等级比较高。这样的电池外壳和普通外壳的价格相差无几，市场接受度比较高。
下阶段，泰启力飞计划在消耗品和工业品方面继续发力。“将复合材料的性能再提升一个层级，使它更耐火耐化学耐高压，应用在严苛的场景上。例如海底300米的水下探测仪、水下摄影机等。”亦奇表示，石墨烯产业的科研创新之路，是一个艰难的马拉松长跑。这个行业需要从业者有严谨、创新的科学态度，更需要大家踏踏实实努力，由点到面突破，才能推动整个行业向产业化迈进。
万宝能源科技则是专注于“聚合物锂离子电池”“圆柱锂离子电池”等产品开发，适用于安全性要求极高的电子产品。因为技术壁垒较高，万宝能源自成立以来，累计完成销售额20多亿元，产品出口至韩国、日本、新加坡等国家。“近3年，我们开展技术创新15项，研发费用共投入1617万元。研发投入均占销售收入的4.5%。我们需要留出足够的时间进行培育，把石墨烯产业化推进看作一个长期工作。”万宝能源公司负责人苏墩厚表示。
“未来的石墨烯产业是一块很大的蛋糕，但我们能切到多少还取决于我们现在关注什么，是明天的技术，而不仅仅是今天的产品。”南靖县发改局局长杨毅斌表示，除了精益求精的工匠精神，抱团发展或是石墨烯行业实现高端产业化的必经之路。目前，南靖县正逐步引入石墨烯相关的研发机构，建立长效合作机制，展现石墨烯材料的神奇性能和在多个领域的应用潜力，建立上下游、产学研信息、知识产权等资源共享机制。
“如何利用下游产业化应用的快速推进，来助力制备企业的健康运营和整个产业链的良性发展，已经成为摆在业界面前的新课题。”苏墩厚认为，石墨烯应用端的作用非常重要，“先有市场，后有工厂。只有解决了应用端，才能推动上游原材料产业的发展。南靖是工业大县，有万利达等一系列电子工业基础。未来，还有很多电子工业会聚集到这里，从而带动整个石墨烯产业链进入良性循环”。
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