石墨烯前景展望与产业化难度分析,国内石墨烯研发潮兴起

来源:http://www.huahaolvye.com 作者:照明工业 人气:118 发布时间:2019-12-30
摘要:这是神奇材料石墨烯取代原有材料发挥高效性能的典型案例。基于石墨烯的超强替代性能,各国都在不遗余力推动石墨烯产业化发展,我国也不例外。同时,受多种因素干扰,石墨烯产

这是神奇材料石墨烯取代原有材料发挥高效性能的典型案例。基于石墨烯的超强替代性能,各国都在不遗余力推动石墨烯产业化发展,我国也不例外。同时,受多种因素干扰,石墨烯产业发展前景值得期待,但其产业化难度极高,亟待改善。

石墨烯技术的应用领域

国内石墨烯产业处于初级发展阶段,工艺水平不高、企业难以获利是阻碍石墨烯产业化发展的两大因素。

国内石墨烯相关企业获利困难(单位:百万)

利润方面,石墨烯获取成本仍旧高企,而应用市场尚未完全打开,这使得石墨烯公司难以稳定获取利润,自然规模不显(见下图)。未来这些企业需要整合好上下游产业链,降低成本并提高销售。

阻碍石墨烯大规模商业化应用的难点在于两个方面:工艺上来看,如何批量化地制备大面积、稳定性好、高质量的石墨烯是难点之一,目前整个行业仍处于产品研发阶段,只有少数企业能够大规模制备高质量石墨烯,行业层面的不良率影响了下游的应用推广;销售层面上看,业内企业仍无法稳定获取利润,如何整合上下游产业链,即推广或销售将成为石墨烯产业发展的关键。

其二,主攻消费类电子产品。石墨烯制备水平和应用技术水平的发展是相辅相成的,以目前的发展水平看,电子元件领域的应用对石墨烯的质量和技术要求最高,也最难以实现,我们预计其应用在10年左右;石墨烯在消费电子类的应用主要需克服制备技术的难关,这也是目前石墨烯研究中最热点的方向。

基于石墨烯的超强替代性能,各国都在不遗余力推动石墨烯产业化发展,石墨烯相关的技术研发已列入美国、英国、日本和韩国等国新材料领域重点的支持项目。

政策利好 国内石墨烯发展初见规模

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产业化困境:工艺水平与利润作祟

以电池领域为例,与传统电极材料相比,石墨烯具有高容量密度、高功率密度、电池结构与性能优化更好等优势。石墨烯应用于锂电池中,能大大提高电池容量,为新能源汽车解决续航问题。

目前,全球范围内还没有一家企业实现真正石墨烯及其衍生品的产业化,国内企业中除了两家企业实现了应用于LED行业的石墨烯产品的小规模生产外,其余研究机构及企业均只能小批量生产,产品也主要用于研究机构的研究。

其三,积极与国外机构合作,或并购海外优秀的石墨烯公司,这将是我国石墨烯产业提高技术,扩大规模的“捷径”。

技术研究方面,2011年,国内与石墨烯有关的论文为278篇,2012年为494篇,2013年为718篇,2014年上升至914篇,2015年为1239篇;技术专利上。目前我国在国际上已经申请2200多项石墨烯专利技术,约为全球石墨烯专利技术的三分之一。

其一,提高技术,让石墨烯材料能够应用在更多的下游产品和领域中。未来,石墨烯器件有望替代互补金属氧化物半导体(CMOS)器件,在纳米电子器件,光电化学电池、超轻型飞机材料等研究领域得到应用。

2014 年11月,我国发布的《关键材料升级换代工程》提出到2016 年实现石墨烯的批量稳定生产和规模化应用;

产业规模上,我国形成了以江苏省(常州、无锡、南京等地)为中心,宁波、青岛、重庆、德阳、河北、北京等地活跃分散发展的格局。产业链中,下游公司居多。目前,我国石墨烯产业已经有超过50 家的制备及相关应用开发企业,目前市场竞争也主要集中在石墨烯规模化制备技术以及与下游商业化应用对接两方面。

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中国国际石墨烯资源产业联盟第一届理事会预备会议已经召开,会议上透露出中国国际石墨烯资源产业联盟预计今年9月正式成立的消息。

工艺上来看,如何批量化地制备大面积、稳定性好、高质量的石墨烯是难点之一,目前整个行业仍处于产品研发阶段,只有少数企业能够大规模制备高质量石墨烯,行业层面的不良率影响了下游的应用推广。

前瞻产业研究院提供的《中国石墨烯行业深度市场调研与投资战略规划分析报告》频繁政策利好下,国内石墨烯兴起研发热潮,产业化发展也初见成效。

2015年,《关于加快石墨烯产业创新发展的若干意见》、《《中国制造2025》重点领域技术路线图》等发布,对石墨烯产业化提出了发展目标与具体要求;

根据《《中国制造2025》重点领域技术路线图》的要求,2020年石墨烯需要形成百亿产业规模,2025年整体产业规模突破千亿,为实现这一发展目标,我国石墨烯产业应该在以下方面取得突破:

受益于政策红包,我国石墨烯发展初见成效,主要体现在技术和产业规模上。

破除发展瓶颈 石墨烯千亿元产业规模前景可期

其一,提高技术,让石墨烯材料能够应用在更多的下游产品和领域中。未来,石墨烯器件有望替代互补金属氧化物半导体(CMOS)器件,在纳米电子器件,光电化学电池、超轻型飞机材料等研究领域得到应用。

石墨烯是一种神奇的纳米级新材料,具有透光性好、导热系数高、电阻率低、电子迁移率高、高机械强度特点,能在诸多应用领域取代原有材料发挥高效性能(如)因而已经取代硅,成为“二十一世纪新材料之王”。

根据《《中国制造2025》重点领域技术路线图》的要求,2020年石墨烯需要形成百亿产业规模,2025年整体产业规模突破千亿,为实现这一发展目标,我国石墨烯产业应该在以下方面取得突破:

国内石墨烯研发潮兴起 产业规模初见成效

其三,积极与国外机构合作,或并购海外优秀的石墨烯公司,这将是我国石墨烯产业提高技术,扩大规模的“捷径”。

神奇材料石墨烯应用领域广泛

国内石墨烯相关企业获利困难(单位:百万)

目前我国石墨烯仍处于产业化初期,善未完全实现石墨烯的规模化应用,对石墨烯产品最大的需求市场仍然是科研院校和少量生产厂商。由于下游需求未起,大部分石墨烯企业目前仍无法找到稳定的商业模式和盈利模式。

产业规模上,我国形成了以江苏省(常州、无锡、南京等地)为中心,宁波、青岛、重庆、德阳、河北、北京等地活跃分散发展的格局。产业链中,下游公司居多。目前,我国石墨烯产业已经有超过50 家的制备及相关应用开发企业,目前市场竞争也主要集中在石墨烯规模化制备技术以及与下游商业化应用对接两方面。

技术研究方面,2011年,国内与石墨烯有关的论文为278篇,2012年为494篇,2013年为718篇,2014年上升至914篇,2015年为1239篇;技术专利上。目前我国在国际上已经申请2200多项石墨烯专利技术,约为全球石墨烯专利技术的三分之一。

2016年恰逢“十三五”开局之年,业界预测石墨烯进入《新材料产业“十三五”重点产品目录》应无悬念。

石墨烯利好事件不断发生,《《中国制造2025》重点领域技术路线图》、《关于加快石墨烯产业创新发展的若干意见》等利好政策也不断出台,受此提振,国内石墨烯产业化进程将加速,前景值得期待。

近年,我国政策频繁利好石墨烯领域。

其二,主攻消费类电子产品。石墨烯制备水平和应用技术水平的发展是相辅相成的,以目前的发展水平看,电子元件领域的应用对石墨烯的质量和技术要求最高,也最难以实现,我们预计其应用在10年左右;石墨烯在消费电子类的应用主要需克服制备技术的难关,这也是目前石墨烯研究中最热点的方向。

2012年工信部发布《新材料产业“十二五”发展规划》,首次明确提出支持石墨烯新材料发展;

三招发力 石墨烯产业千亿元规模可期

近日,韩国研究团队研发出能快速充放电且运用1万次以上也不会出现容量损失的锂离子电池阴极材料。据介绍,石墨烯作为上述材料的重要“成员”,能助力电池快速充电。比如一块采用了上述材料的锂电池,充电20秒,即可达到智能手机的电池容量,效率可谓惊人。

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