日前，由中國(guó)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(guó)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(huì)”在蘇州圓滿落幕。會(huì)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(lái)發(fā)展進(jìn)行了深入的交流。

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

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(kāi)放的，這一點(diǎn)和超級(jí)電容的儲(chǔ)能原理是高度匹配的，超級(jí)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(lái)儲(chǔ)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(diǎn)也和超級(jí)電容器的原理很匹配。作為電極來(lái)講，首先就是要考慮電子傳輸?shù)膯?wèn)題，如果我們想獲得高功率的超級(jí)電容器的話，必然希望超級(jí)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(rèn)為這兩點(diǎn)是石墨烯在超級(jí)電容應(yīng)用領(lǐng)域的主要優(yōu)勢(shì)。

中國(guó)粉體網(wǎng)記者：石墨烯的優(yōu)勢(shì)很明顯，但是離實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化還有多遠(yuǎn)？

陳成猛副研究員：剛才提到的石墨烯的優(yōu)勢(shì)是從納米尺度上的優(yōu)勢(shì)，但是在宏觀應(yīng)用的時(shí)候又是另外一種情況。事實(shí)上我們做成的極片包括超級(jí)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(gè)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(wèn)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(jí)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?yàn)榧{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(chǔ)能能力越大，石墨烯在這方面做得并不好。目前來(lái)說(shuō)純石墨烯的超級(jí)電容器只是停留在實(shí)驗(yàn)室階段，只在扣式電容里有應(yīng)用，還沒(méi)有實(shí)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(gè)創(chuàng)新鏈已經(jīng)打通，形成了石墨烯在超級(jí)電容領(lǐng)域的一個(gè)示范，做成了一些軟包的或卷繞式的超級(jí)電容器器件，添加1%-2%的石墨烯就可以大幅度提升超級(jí)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(guó)粉體網(wǎng)記者：在您的報(bào)告中還提到了多孔碳的應(yīng)用，石墨烯的優(yōu)勢(shì)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(lái)的叫活性炭，這其實(shí)是同一個(gè)概念，包括剛才提到的電容碳。目前來(lái)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(wú)法取代的，因?yàn)樗�有很多�?yōu)異的性能，比如很高的壓實(shí)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(méi)有實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)化，主要依賴于從日本和韓國(guó)進(jìn)口，日本可樂(lè)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(shí)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(shí)這些領(lǐng)域里都有一些高端的品種，對(duì)接一些高端的應(yīng)用，像儲(chǔ)能領(lǐng)域、航空航天領(lǐng)域的應(yīng)用。這些材料的市場(chǎng)已經(jīng)相對(duì)成熟，附加值也非常大，而且納米碳材料將來(lái)也不會(huì)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(guó)內(nèi)現(xiàn)在很多傳統(tǒng)材料的高端應(yīng)用還沒(méi)有實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)化，所以我們既要把握科學(xué)的前沿，同時(shí)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(duì)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(lái)石墨烯能實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，同時(shí)也不要將那些傳統(tǒng)碳材料拋之腦后。沒(méi)有不好的材料，只有沒(méi)開(kāi)發(fā)出來(lái)的技術(shù)。加快技術(shù)創(chuàng)新，才能引領(lǐng)經(jīng)濟(jì)發(fā)展。