2014年，石墨烯產(chǎn)業(yè)新聞不斷，第一輪商業(yè)應(yīng)用已經(jīng)公布的消息一石激起千層浪，業(yè)界見證了大量的投資和收購(gòu)活動(dòng)。石墨烯(Graphene)自2004年被發(fā)現(xiàn)以來(lái)，在短短數(shù)年間已經(jīng)成為物理、化學(xué)、材料科學(xué)等領(lǐng)域研究中倍受矚目的“明星材料”。近幾年這些石墨烯公司和科研機(jī)構(gòu)對(duì)石墨烯電池技術(shù)盡管進(jìn)行了多項(xiàng)研究和實(shí)驗(yàn)，看起來(lái)非常有前途，但仍然需要一段時(shí)間才能大規(guī)模并以合理的速度生產(chǎn)，當(dāng)今市場(chǎng)仍以研究興趣占主導(dǎo)，主要方向是儲(chǔ)能和復(fù)合材料，更多的企業(yè)會(huì)通過中間產(chǎn)品獲益，避免終端用戶不確定性帶來(lái)的風(fēng)險(xiǎn)損失。指望石墨烯大幅提供動(dòng)力電池能量密度，解決電動(dòng)汽車的“里程焦慮”還不現(xiàn)實(shí)。
研究與投資熱度不減
電動(dòng)汽車和可再生能源被譽(yù)為應(yīng)對(duì)氣候變化的最佳解決方案，需要更便宜、更好的電池實(shí)現(xiàn)廣泛使用。小到實(shí)驗(yàn)室、初創(chuàng)公司，大到通用電氣(GE)、IBM、豐田等大型企業(yè)都在進(jìn)行提高鋰離子電池性能的研發(fā)，但挑戰(zhàn)十分巨大。石墨烯則是目前發(fā)現(xiàn)的最薄、最堅(jiān)硬、導(dǎo)電導(dǎo)熱性能最強(qiáng)的一種新型納米材料。石墨烯被稱為“黑金”，是“新材料之王”，能助力超級(jí)電容器、鋰離子電池的發(fā)展。資料顯示，加入石墨烯材料，同等體積的電容可擴(kuò)充5倍以上的容量，而鋰電池電極中加入石墨烯可大幅度提高其導(dǎo)電性能。
石墨烯產(chǎn)業(yè)一直被期待能出現(xiàn)穩(wěn)定和發(fā)散式的長(zhǎng)期應(yīng)用，但實(shí)際上鮮有“殺手級(jí)應(yīng)用”，缺乏具有獨(dú)特價(jià)值和先發(fā)優(yōu)勢(shì)的產(chǎn)品，因此，商業(yè)化進(jìn)程依然像一個(gè)替代游戲。目前，主要應(yīng)用僅限于儲(chǔ)能、復(fù)合材料、功能性油墨、電子、石墨等，石墨烯的價(jià)值定位、競(jìng)爭(zhēng)格局、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和未來(lái)可能出現(xiàn)的制造技術(shù)在各個(gè)細(xì)分市場(chǎng)都有不同，導(dǎo)致市場(chǎng)割裂，供應(yīng)商也一直在尋求階段化的市場(chǎng)策略，但市場(chǎng)多元子集過于細(xì)微分散，這勢(shì)必拖垮長(zhǎng)期價(jià)格。值得注意的是，與石墨烯競(jìng)爭(zhēng)的碳納米管價(jià)格也因此承壓。
現(xiàn)在的商業(yè)投資者有更真實(shí)的期望，表現(xiàn)出對(duì)復(fù)合材料、儲(chǔ)能應(yīng)用及中間產(chǎn)品的關(guān)注。商業(yè)化的研究并不容易或快速商品化，以許多納米材料或組件電池為例，前期投入過于昂貴以至于難以盡快推出有利可圖的應(yīng)用。美國(guó)馬里蘭大學(xué)和伊利諾伊大學(xué)的研究人員稱，“開發(fā)這種電池在目前是一個(gè)顯著的挑戰(zhàn)，問題很多，油價(jià)和天然氣價(jià)格的下跌也抑制了對(duì)電動(dòng)汽車和可再生能源的需求。與其競(jìng)爭(zhēng)存在很大風(fēng)險(xiǎn)和困難。”
萊斯大學(xué)材料科學(xué)和納米工程學(xué)教授James Tour表示，他的研究團(tuán)隊(duì)創(chuàng)建了系列科研項(xiàng)目，包括碳納米管和石墨烯，可以顯著提高能量存儲(chǔ)效率。總部位于德克薩斯州的Xidex公司和以色列Graphite石墨公司，正在基于萊斯大學(xué)的這些科研技術(shù)研發(fā)產(chǎn)品，這些技術(shù)可以使智能手機(jī)在幾分鐘內(nèi)讓電池完全充滿電，“距離商品化還有三年的路要走”，James Tour說(shuō)道。
近幾年，一些石墨烯公司和科研機(jī)構(gòu)對(duì)石墨烯電池技術(shù)進(jìn)行了多項(xiàng)研究和實(shí)驗(yàn)。韓國(guó)光州科學(xué)技術(shù)院的研究人員正在對(duì)一項(xiàng)新型石墨烯電池技術(shù)進(jìn)行研究，研究表明，這種新型電池可將電動(dòng)汽車的充電時(shí)間縮短至16秒，而不影響能量密度。美國(guó)俄亥俄州Nanotek儀器公司的研究人員則利用鋰離子可在石墨烯表面和電極之間快速大量穿梭運(yùn)動(dòng)的特性，開發(fā)出一種新型儲(chǔ)能設(shè)備，可以將充電時(shí)間從過去的數(shù)小時(shí)之久縮短到不到一分鐘。新儲(chǔ)能設(shè)備稱為石墨烯表面鋰離子交換電池，或簡(jiǎn)稱為表面介導(dǎo)電池(SMCS)，它集中了鋰電池和超級(jí)電容的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)兼具高功率密度和高能量?jī)?chǔ)存密度的特性。歐盟十多年來(lái)投入10億歐元致力于研究石墨烯和其它2D材料，韓國(guó)和英國(guó)政府過去兩年里分別投資至少4000萬(wàn)美元和2400萬(wàn)英鎊從事研究。投資界對(duì)石墨烯的投資熱度也很高。據(jù)IDTechEx統(tǒng)計(jì)，過去幾年中，私人石墨烯公司的投資約有6000萬(wàn)美元。
上述石墨烯的研究看起來(lái)非常有前途，但仍然需要一段時(shí)間才能大規(guī)模并以合理的速度生產(chǎn)。
生產(chǎn)能力過剩
作為應(yīng)用的第一步，目前石墨烯在工業(yè)上的應(yīng)用主要在手機(jī)觸摸屏方面，即以替代現(xiàn)有的ITO靶材，而三星已于近期生產(chǎn)出相關(guān)樣品——使用石墨烯材料的手機(jī)可隨意彎曲、捶打，并具有更長(zhǎng)的待機(jī)時(shí)間、更清晰的屏幕分辨率。全世界已公布的石墨烯產(chǎn)能估計(jì)為近500噸/年，市場(chǎng)中大約有超過20個(gè)“玩家”，盡管基數(shù)不大，但是在第一階段的需求期過后，產(chǎn)能已經(jīng)處于過剩狀態(tài)。這顯然帶有盲目性，供應(yīng)商承擔(dān)了風(fēng)險(xiǎn)，市場(chǎng)仍未做好準(zhǔn)備吸收產(chǎn)能。
石墨烯產(chǎn)業(yè)在中國(guó)的發(fā)展處于上升勢(shì)頭，產(chǎn)能巨大，多個(gè)供應(yīng)商均發(fā)布了能夠提供大量石墨烯納米片和CVD石墨烯的公告。中國(guó)企業(yè)已經(jīng)申請(qǐng)了超過2000項(xiàng)與石墨烯相關(guān)的專利。與此同時(shí)，韓國(guó)三星集團(tuán)對(duì)石墨烯也有強(qiáng)烈興趣，該集團(tuán)是碳納米管領(lǐng)域的最大專利持有者，LG集團(tuán)正在石墨烯行業(yè)利用自己的經(jīng)驗(yàn)，特別是碳納米管方面，創(chuàng)建本地供應(yīng)鏈。
另一方面，石墨烯的產(chǎn)業(yè)投資也在繼續(xù)。總計(jì)約1.5億美元已經(jīng)投向新的石墨烯公司，投資分布在至少20家公司。投資組合也是多種多樣，包括風(fēng)險(xiǎn)投資和不同行業(yè)的戰(zhàn)略投資，如鋼鐵制造(例如浦項(xiàng)制鐵)、石墨開采(如加拿大Focus Graphite)、消費(fèi)電子(如三星)、化學(xué)和材料(如韓華和DSM)、石油和天然氣(如雷普索爾)。
石墨烯的潛質(zhì)有多大
石墨烯經(jīng)常被與碳納米管相比較，因?yàn)樗鼈冇泻芏嘞嗨频牟牧咸匦裕瑑烧咭渤３１惠浾摮醋鳌?/FONT>
碳納米管被發(fā)現(xiàn)可作為很多領(lǐng)域的合格添加材料，諸如可靜電噴涂的塑料車體部件、可消散靜電電荷的塑料燃料管/系統(tǒng)和鋰離子電池。總體而言，預(yù)計(jì)中國(guó)、韓國(guó)、美國(guó)和歐洲的產(chǎn)能分別為2300-2600噸/年。
石墨烯產(chǎn)業(yè)可以從碳納米管借鑒良多。然而，碳納米管的持久挑戰(zhàn)是集束難以分散，早期的科學(xué)研究結(jié)果表明，石墨烯更容易分散，這是一個(gè)機(jī)會(huì)，也是區(qū)分與碳納米管的最大不同。
石墨烯能夠以薄膜形式生產(chǎn)(例如石墨烯CVD)，這針對(duì)一組獨(dú)立的市場(chǎng)，如透明導(dǎo)電薄膜，但是這個(gè)市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)十分激烈，無(wú)論是現(xiàn)在的解決方案，還是性能更好的替代品。考慮到石墨烯的表現(xiàn)平平，IDTechEx預(yù)期，出了觸摸屏那一小塊市場(chǎng)，石墨烯目前很難在其他細(xì)分市場(chǎng)大有作為。
雖然現(xiàn)在明確說(shuō)明還為時(shí)過早，初期的一些跡象表明，石墨烯可能造成的健康和安全風(fēng)險(xiǎn)比碳納米管低。科學(xué)研究方面還有堆積如山的工作要做，一旦被證實(shí)危害風(fēng)險(xiǎn)較低，石墨烯有望加速發(fā)展。此外，石墨烯似乎更善于把一系列功能同時(shí)宿于主材料，反過來(lái)也像一個(gè)微分器一樣能夠發(fā)展多功能，這也是和現(xiàn)有的石墨粉、炭黑等的區(qū)別。
2015年及后期市場(chǎng)展望
現(xiàn)在，由于質(zhì)量參差不齊，供應(yīng)商也不同，因此石墨烯在市場(chǎng)上的價(jià)格成本并不統(tǒng)一，不過總體而言，其平均價(jià)格將會(huì)下降。2015年，將會(huì)看到許多有利可圖的細(xì)分市場(chǎng)會(huì)采用石墨烯，在復(fù)合材料作為添加材料，以及(長(zhǎng)期)能源存儲(chǔ)設(shè)備等，預(yù)計(jì)市場(chǎng)在原材料層面上，市場(chǎng)規(guī)模在2014年-2024年的十年間將從2000萬(wàn)美元增長(zhǎng)至3.9億美元。
對(duì)石墨烯來(lái)說(shuō)，儲(chǔ)能是一個(gè)非常有吸引力的目標(biāo)市場(chǎng)。超級(jí)電容器是一個(gè)高速增長(zhǎng)的行業(yè)。IDTechEx預(yù)計(jì)這個(gè)市場(chǎng)在未來(lái)十年的復(fù)合年增長(zhǎng)率是30%。比表面積(即單位質(zhì)量物料所具有的總面積)高和早期的實(shí)驗(yàn)室成果可以讓石墨烯創(chuàng)造價(jià)值，但是技術(shù)方面還存在一些障礙，阻止了表面完整利用和平面內(nèi)的傳導(dǎo)保持。同時(shí)，活性炭仍然占據(jù)主導(dǎo)地位，其價(jià)格低至5美元/公斤。然而，石墨烯的關(guān)注度和研究工作不減，預(yù)計(jì)市場(chǎng)將在2019年之后快速增長(zhǎng)。定位于鋰離子市場(chǎng)的幾個(gè)產(chǎn)品已推出，由于化學(xué)反應(yīng)的多樣性和鋰離子電池的設(shè)計(jì)問題，性能基準(zhǔn)仍難制定。
透明導(dǎo)電薄膜市場(chǎng)也是一個(gè)不斷增長(zhǎng)的巨大市場(chǎng)。ITO薄膜將是一直是市場(chǎng)的主流解決方案，主流企業(yè)將在這一領(lǐng)域增加生產(chǎn)力。然而，市場(chǎng)也在改變，對(duì)超低薄膜電阻、機(jī)械強(qiáng)度和更低價(jià)格的需求，將引來(lái)新進(jìn)入者。許多替代品逐漸出現(xiàn)，包括銀納米線、金屬絲網(wǎng)、PEDOT和碳納米管。石墨烯也可以作為透明導(dǎo)體，但其性能與ITO薄膜配合才能表現(xiàn)最好，除非生產(chǎn)技術(shù)有重大創(chuàng)新，否則不能夠受益于行業(yè)趨勢(shì)。
復(fù)合材料行業(yè)大而分散，需求很細(xì)很多。在這一領(lǐng)域，石墨烯可以作為添加材料提供價(jià)值。例如石墨烯納米片，提高導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性、抗?jié)B性、機(jī)械強(qiáng)度等。
