日前，由中國粉體網(wǎng)聯(lián)合江蘇省納米技術(shù)產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新中心、中國科學(xué)院蘇州納米技術(shù)與納米仿生研究所主辦的“2018 低維碳納米材料制備及應(yīng)用技術(shù)交流會”在蘇州圓滿落幕。會議結(jié)束后我們有幸采訪到中科院山西煤化所的陳成猛副研究員，就碳材料的應(yīng)用以及未來發(fā)展進行了深入的交流。

中國粉體網(wǎng)記者：石墨烯在超級電容方面有什么突出的優(yōu)勢？

陳成猛副研究員：首先石墨烯是一種二維的納米碳材料，所有的碳原子都在石墨烯的表面，是一種高度表面化的材料，表面積是很開放的，這一點和超級電容的儲能原理是高度匹配的，超級電容器我們都知道它也是一種依靠碳材料的表面形成的雙電層來儲能的一種技術(shù)，所以石墨烯的二維結(jié)構(gòu)是非常有利的；另外就是石墨烯面內(nèi)的sp2共軛結(jié)構(gòu)使它具備了非常高的電導(dǎo)率，即電子在石墨烯片上可以高速的遷移，而且遷移的阻力很小，這一點也和超級電容器的原理很匹配。作為電極來講，首先就是要考慮電子傳輸?shù)膯栴}，如果我們想獲得高功率的超級電容器的話，必然希望超級電容器極片的內(nèi)阻盡可能地低，而石墨烯能很好的提升電極片的電導(dǎo)率，所以我認為這兩點是石墨烯在超級電容應(yīng)用領(lǐng)域的主要優(yōu)勢。

中國粉體網(wǎng)記者：石墨烯的優(yōu)勢很明顯，但是離實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化還有多遠？

陳成猛副研究員：剛才提到的石墨烯的優(yōu)勢是從納米尺度上的優(yōu)勢，但是在宏觀應(yīng)用的時候又是另外一種情況。事實上我們做成的極片包括超級電容器都是宏觀尺度上的應(yīng)用，可能是厘米、幾十厘米的一個器件，里面有大量的石墨烯片，石墨烯片與石墨烯片之間的協(xié)同效應(yīng)非常關(guān)鍵，通常要把納米尺度上的性能在宏觀材料上得以體現(xiàn)需要解決石墨烯與石墨烯之間的搭接電阻的問題，另外石墨烯作為納米材料，它的堆密度和體密度通常是比較低的，所以從原理上講是非常好，但是超級電容器不僅質(zhì)量比容量要高，而且體積比容量也要高，很多納米材料在這方面都是短板。因為納米材料一般都是密度很低，輕飄飄的。在鋁箔或銅箔表面涂同樣厚度的一層石墨烯材料和涂傳統(tǒng)的活性炭相比，極片的涂布面密度小很多。我們希望得到高面密度的電極，這樣在同樣大小的器件里儲能能力越大，石墨烯在這方面做得并不好。目前來說純石墨烯的超級電容器只是停留在實驗室階段，只在扣式電容里有應(yīng)用，還沒有實現(xiàn)做成軟包或卷繞式的商品化的電池器件。石墨烯現(xiàn)在可以作為導(dǎo)電填料與活性炭復(fù)配使用，中科院山西煤化所從材料到器件到應(yīng)用整個創(chuàng)新鏈已經(jīng)打通，形成了石墨烯在超級電容領(lǐng)域的一個示范，做成了一些軟包的或卷繞式的超級電容器器件，添加1%-2%的石墨烯就可以大幅度提升超級電容器的應(yīng)用性能，功率密度和能量密度大概平均能提升25%-30%。

中國粉體網(wǎng)記者：在您的報告中還提到了多孔碳的應(yīng)用，石墨烯的優(yōu)勢這么突出，為什么還要研究多孔碳？

陳成猛副研究員：多孔碳是一種傳統(tǒng)的碳材料，例如用活化法做出來的叫活性炭，這其實是同一個概念，包括剛才提到的電容碳。目前來看商業(yè)化的主流材料是多孔碳或者叫特種活性炭。這種材料短期之內(nèi)石墨烯是無法取代的，因為它有很多優(yōu)異的性能，比如很高的壓實密度、較低的成本、很高的體積比電容和質(zhì)量比電容。但是這種材料目前還沒有實現(xiàn)國產(chǎn)化，主要依賴于從日本和韓國進口，日本可樂麗公司是全球電容碳主要的供應(yīng)商。所以我們既要關(guān)注一些新的材料，比如石墨烯、碳納米管和富勒烯等低維碳納米材料，同時也要關(guān)注一些傳統(tǒng)的碳材料，比如碳纖維、炭黑和活性炭，其實這些領(lǐng)域里都有一些高端的品種，對接一些高端的應(yīng)用，像儲能領(lǐng)域、航空航天領(lǐng)域的應(yīng)用。這些材料的市場已經(jīng)相對成熟，附加值也非常大，而且納米碳材料將來也不會把它完全替代掉，我們不僅需要納米碳材料，我們還需要微米的，甚至毫米的宏觀碳材料，不同尺度的碳材料要相互配合應(yīng)用。國內(nèi)現(xiàn)在很多傳統(tǒng)材料的高端應(yīng)用還沒有實現(xiàn)國產(chǎn)化，所以我們既要把握科學(xué)的前沿，同時還需要有工匠精神，將傳統(tǒng)材料做到世界領(lǐng)先水平。

       非常感謝陳成猛副研究員的闡述，對石墨烯材料的研究還將繼續(xù)吸引大批的研究人員，我們也希望看到未來石墨烯能實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，同時也不要將那些傳統(tǒng)碳材料拋之腦后。沒有不好的材料，只有沒開發(fā)出來的技術(shù)。加快技術(shù)創(chuàng)新，才能引領(lǐng)經(jīng)濟發(fā)展。