04.10 石墨烯未來應用前景

石墨烯是中國未來科技領域最重要的戰略佈局之一,不僅需要政府政策、企業技術的支持,更需要產業基金的撬動。國外在石墨烯發展過程中給予了持續的資金支持,我國雖然通過國家自然科學基金已經陸續資助超過3億元用於石墨烯相關項目,但資助體量相比國外仍有放大空間,尤其是與國外相比,中國企業在石墨烯高端應用上的投入差距巨大,相關的高端研發技術和成果已呈落後趨勢。

石墨烯未來應用前景

中科院最新研製的三維石墨烯/五氧化二釩電池正極材料,在12分鐘完全充/放電條件下,循環2000次後電池容量大於200mAh/g(大量文獻報道小於1000次、容量普遍低於150mAh/g);而且1分鐘充電的容量,達到商用和文獻報道的大於5分鐘的相近容量。

大面積石墨烯薄膜在柔性有機發光二極管(OLED)、有機太陽能電池等薄膜光電器件領域具有重要的應用前景,而其潔淨、無損轉移是實現上述應用的關鍵。雖然目前發展了多種以聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)為代表的高分子作為轉移介質的轉移方法,但高分子與石墨烯間的相互作用較強且不易在溶劑中溶解,導致轉移後的石墨烯表面有大量的高分子殘留和破損,不僅降低了石墨烯的光電性能,還極大地增加了石墨烯的表面粗糙度,如PMMA轉移後單層石墨烯的表面粗糙度可達數百納米。因而,以此作為透明電極製備的薄膜器件易發生短路、效率低,大面積器件的製備尤為困難。目前已報道的採用石墨烯作為透明電極的OLED器件的發光面積大多小於1平方釐米,而有機太陽能電池的活性面積則小於0.6平方釐米。

目前,以獨特的工藝將石墨烯與玻璃結合在一起,賦予玻璃透明導電、導熱、疏水、生物相容等優異特性。BGI的超級石墨烯研究部致力於研究各種玻璃表面石墨烯的生長方法,開發多種規格石墨烯玻璃的宏量製備技術,探索石墨烯在解決玻璃行業中關鍵技術問題上的全新方案,發展基於石墨烯玻璃的新型應用領域,推動石墨烯產業和玻璃產業的共同進步。

石墨烯電極和ITO電極的轉換效率相當;鋁電極的轉換效率最高。孔靜解釋道,這是因為鋁電極能將部分太陽光反射回電池板,可吸收更多的太陽能,因此效率最高。用兩層石墨烯電極製成的太陽能電池進行透明度檢測發現,其光學透明度達到61%,最高值有69%,在目前透明太陽能電池中最高。石墨烯太陽能電池能鋪展到任何表面,不管這個表面的軟硬和透明程度如何。他們還用透明塑料、不透明紙和半透明膠帶分別做底板,將雙層石墨烯電極沉積其上製成太陽能電池,發現三者轉換效率相當,略低於玻璃為底板的太陽能電池轉換效率。這意味著,石墨烯太陽能電池未來用途非常廣泛,無論是牆壁和玻璃,還是手機和電腦,石墨烯電池都可以鋪展在上面,提供所需電能。


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