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清华大学化工柱撑石墨烯
2014-03-09 22:00  浏览:367
 清华大学化工系魏飞、张强研究组成功制备出一种具有自分散、不堆叠特性的柱撑石墨烯,可以用于高倍率、高容量的锂硫电池。相关工作于2014年3月3日以《用于高倍率锂硫电池的不堆叠柱撑石墨烯》(Unstacked double-layer templated graphene for high-rate lithium-sulfur batteries)为题发表在国际著名学术期刊《自然·通讯》(Nature Communications)上,并受邀在美国物理学家组织网(PhysOrg)、美国纳米技术与科学网(Nanowerk)作为前沿研究工作进行介绍。
 
  石墨烯是一种二维片状纳米碳材料,具有优异的力学、热学、电学、光学性能以及广泛的应用前景。但石墨烯间较强的相互作用导致其容易堆叠,多片石墨烯放在一起时易形成层间距仅有0.334纳米的多层石墨烯结构。这种片状材料易堆叠的特性降低了材料的比表面积,限制其界面的高效利用,从而使其在储能、催化、复合材料、电子器件等领域应用时宏观性能大打折扣。因此,发展一类防止石墨烯堆叠的新概念与有效方法是促进石墨烯性能利用最大化的关键。
 
  为了攻克纳米材料难分散难关,清华大学化工系魏飞、张强研究组发展了柱撑石墨烯这种具有自分散特性的新材料。有别于在石墨烯间层间引入金属氧化物、导电高分子、炭黑、碳纳米管等隔离物以防止堆叠的思路,该课题组通过催化气相生长调变石墨烯的结构,获得了具有突起结构的石墨烯。
金路集团石墨烯项目逐渐成形
 
  公告显示,在石墨烯制备研发方面,金路集团的合作方中科院金属研究所已在现有实验室条件下实现了石墨烯(层数在10层以下的石墨烯混合体)的制备,每批次(需两天左右时间)能制备石墨烯(层数在10层以下的石墨烯混合体)30克。在石墨烯透明导电薄膜方面,金属研究所完成了CVD反应装置与其他设备的采购、安装和调试,能够实现石墨烯透明导电薄膜的实验室制备,制备出4英寸石墨烯透明导电薄膜;此外,金属研究所研制了一种具有三维连通网络结构的石墨烯泡沫体材料,并已经取得实验室样品。而在动力电池用石墨烯基电极材料研发方面,研究所基本确立了石墨烯使用的种类和添加量,并且结合电池材料制备过程和实验结果,初步建立了石墨烯的使用标准。完成了石墨烯材料需要按照电池材料要求进行测试和分析及建立基本的数据指标的确定—发了石墨烯与磷酸亚铁锂复合的新工艺路线,在现有实验室条件下,每批次(需一天左右时间)可制得电极材料2公斤。
 
  不过,尽管取得了上述研发进展,金路集团依然对公司石墨烯项目的研发前景显得非常谨慎;除了此前公司披露的有关现阶段研发工作、后续产业化开发、产业化投入以及研究技术被替代等风险外,今天公司还特别提出了与金属研究所合同到期能否续约的风险。据了解,金路集团与中科院金属研究所签订《技术开发合同》的合作期限为2011年6月10日至2013年12月31日,合作期满后,继续合作需另行协商,因此存在一定的不确定性。
金路集团之所以尤为谨慎,显然是石墨烯的研发太吸引眼球的原因,为此公司也一直备受质疑。金路集团主导产品为PVC树脂,作为高耗能和高耗资源的氯碱行业,市场竞争十分激烈,受国家节能减排形势要求,发展形势尤为严峻。为此,公司在2011年6月份宣布携手中科院金属研究所共同投资研发石墨烯,算是企业转型的一次“投石问路”。不过当时业内人士就指出,中国距离真正的石墨烯技术很远;因为国内的纳米技术远远落后于国外发达国家,而石墨烯是必须建立在对纳米技术相当了解的基础上(碳元素底层结构的运用的技术)的。
 
  除了技术门槛高之外,石墨烯项目还需大量资金的支持。金路集团披露,公司于近日收到德阳市旌阳区科学技术局向公司拨付的电池级石墨烯中试孵化资金1000万元,此笔款项已于2012年1月11日到账。公司表示,将把政府拨付的孵化资金,专项用于开展电池级石墨烯(层数在10层以下的石墨烯混合体)中试。而截至目前,公司与中科院金属所合作研究开发石墨烯项目已投入资金900万元。有业内人士指出,该笔1000万元资金相比整个石墨烯的研发费用而言,依然太少。
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