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新華社發(fā)
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18日，記者從中科院上海硅酸鹽所獲悉，該所科學家已研制出一種高性能超級電容器電極材料——氮摻雜有序介孔石墨烯。該材料具有極佳的電化學儲能特性，可用作電動車的“超強電池”：充電只需7秒鐘，即可續(xù)航35公里。相關研究成果已于18日發(fā)表在世界頂級期刊《科學》上。
超級電容器，是介于傳統(tǒng)電容器和電池之間的一種電化學儲能裝置。由于具有功率密度高、循環(huán)壽命長、安全可靠等特點，現(xiàn)已廣泛應用于混合電動汽車、大功率輸出設備等多個領域。如何讓超級電容器兼具高功率、高能量，長期以來科學家并沒有找到理想材料。
為破解這一難題，中科院上海硅酸鹽所聯(lián)合北京大學、美國賓夕法尼亞大學展開持續(xù)攻關。黃富強研究團隊最終發(fā)現(xiàn)，石墨烯是超級電容器電極的最佳選擇。
通過反復試驗、設計、合成，黃富強研究團隊發(fā)現(xiàn)，氮摻雜有序介孔石墨烯的性能表現(xiàn)最佳。不僅能實現(xiàn)高能量密度、高功率密度，而且還可以通過使用水基電解液，做到無毒、環(huán)保、價格低廉、安全可靠。
據(jù)介紹，該新型石墨烯超級電容器體積輕巧、不易燃也不易爆，可采用低成本制備，實現(xiàn)規(guī)模生產。因性能較鉛酸、鎳氫等電池有明顯的競爭優(yōu)勢，且在快速充放方面又遠遠優(yōu)于鋰電池，因此該“超級電池”可廣泛應用于現(xiàn)有混合電動汽車、大功率輸出設備的更新?lián)Q代。
石墨烯神奇在哪？
習近平訪英時 專門參觀石墨烯研究院
石墨烯被比喻為最接近科幻名作《三體》“二向箔”的神秘物質，被預言是能改變21世紀的“神奇材料”。2010年，英國曼徹斯特大學教授安德烈·海姆與康斯坦丁·諾沃肖洛夫因發(fā)現(xiàn)石墨烯獲得諾貝爾物理學獎。而我國對于石墨烯的科研也處于世界領先地位。
據(jù)新華社報道，10月23日,國家主席習近平在訪英期間，曾去參觀英國曼徹斯特大學國家石墨烯研究院，聽取了諾貝爾物理學獎獲得者諾沃肖洛夫教授介紹石墨烯研究情況,參觀了石墨烯產品展示和生產石墨烯的地下超凈實驗室。
習近平指出,在當前新一輪產業(yè)升級和科技革命大背景下,新材料產業(yè)必將成為未來高新技術產業(yè)發(fā)展的基石和先導,對全球經濟、科技、環(huán)境等各個領域發(fā)展產生深刻影響。中國是石墨資源大國,也是石墨烯研究和應用開發(fā)最活躍的國家之一。中英在石墨烯研究領域完全可以實現(xiàn)“強強聯(lián)合”。
目前，石墨烯產業(yè)已被納入國家戰(zhàn)略布局。《中國制造2025》選擇10大優(yōu)勢和戰(zhàn)略產業(yè)實現(xiàn)重點突破，在首個重點領域技術路線圖中，石墨烯材料成為前沿新材料的四大重點之一。“十三五”新能源汽車重點專項，也將石墨烯等新材料列為重點發(fā)展領域。
獨一無二的特性：強度超過鉆石、導電性能極好
石墨烯，實際就是從石墨中剝離出來、由碳原子組成的只有一層原子厚度的二維晶體。鉛筆芯用的石墨就相當于無數(shù)層石墨烯疊在一起。聽起來稀松平常的石墨烯，卻有諸多獨一無二的特性。通俗來說，目前自然界中，這東西最薄、最結實，導電性極好，在工業(yè)領域中幾乎無所不能。
石墨烯有多薄？厚度僅為普通紙張的十萬分之一。它可以被無限拉伸，彎曲到很大角度不斷裂，可以抵抗很高的壓力，同時還有著非同尋常的導熱性和導電性。它的強度強過鉆石、“秒殺”鋼鐵，針插不進、水潑不進。
能不能量產？我國已實現(xiàn)較低成本量產
為了研究石墨烯，科學家們歷經艱辛。當初在實驗室獲得的石墨烯片價值超過最珍貴的鉆石。100平方納米的石墨烯，就要幾千歐元，肉眼都看不見。
而經過不斷探索，工業(yè)化生產石墨烯已經成功。現(xiàn)在，江蘇常州已有一個國家級的石墨烯產業(yè)基地，聚集著50多家企業(yè)，這里的石墨烯技術具備國際一流水平。石墨烯成本價也因批量生產大大降了下來，目前一平方米石墨烯片價格在300元左右。
