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石墨烯的應用介紹

作者:馮佐行資訊來源:本站原創點擊數:564更新時間:2016-04-14字體 [    ]
石墨烯的應用介紹
一、公司簡介
廈門凱納石墨烯技術股份有限公司是中國第一家石墨烯企業,集石墨烯研發、生產、銷售和應用開發于一體,先后被認定為高新技術企業、廈門雙百計劃人才單位、廈門市創新型試點企業 是中國石墨烯產業技術創新戰略聯盟理事單位,廈門新材料產業技術創新戰略聯盟副理事長單位。公司擁有頂尖的技術團隊,掌握石墨烯生產和應用的核心技術,在技術、品牌知名度方面均處于行業領先地位,在石墨烯生產及應用領域開展了許多開創性的工作,并取得豐碩成果。公司產品擁有完全自主知識產權,已共申請40余項石墨烯相關專利,其中11項專利獲得國家授權,同時擁有KNANOKNG兩個注冊商標,并在2015年10月,通過了必維ISO9001:2008質量體系認證。
公司采用獨創的工藝生產石墨烯,產品具有優異性能,廣泛應用于新能源電池、塑膠、涂料等領域。目前,公司的石墨烯產品以及在塑膠、涂料領域專用石墨烯產品的工業化生產工藝已經成熟,在鋰電池等領域的石墨烯制備技術已經實現重大突破,并在與客戶合作應用開發的銷售模式作用下,已經取得了一系列的產業化成果。現已建成石墨烯生產基地和企業自有的石墨烯實驗室、石墨烯檢測中心、石墨烯應用研發中心,并與華僑大學、廈門大學、中國科學院等研究機構保持良好的合作關系。同時已建成2條石墨烯生產線、多條石墨烯微片生產線,為了進一步加快石墨烯產業化進程,公司正在分期建設年產2200噸和21000噸的石墨烯產品建設項目,并且已經完成項目的初步可行性分析和廈門工商局領域投資項目備案。
20151015日,公司順利完成股份制改造,正式更名為廈門凱納石墨烯技術股份有限公司(以下簡稱凱納股份)。2016222日,凱納股份獲得全國中小企業股份轉讓系統有限責任公司批準同意掛牌,成功登陸新三板,通過掛牌,凱納股份將抓住機遇、團結拼搏、揚帆起航,為石墨烯產業發展譜寫新篇章!
公司將繼續秉承創新無限止于至善的企業價值觀,持續致力于推動石墨烯產品在產業和民生中應用,以需求中創新、應用中成熟理念,引領石墨烯行業的發展。
二、石墨烯的應用
石墨烯是一種由單層碳原子構成的新型二維碳納米材料,由于其具有高強度、高導電性及傳熱性、超大的比表面積等特性,使其在鋰電池、涂料、復合材料、超級電容器等領域具有廣泛的應用前景。
(1)   石墨烯在鋰電池、超級電容器等能源領域中的應用
石墨烯在鋰電池和超級電容器中主要有三種應用,分別是用在正負極材料中作為導電添加劑,用在銅箔或鋁箔中作為功能涂層,以及用作鋰電池和超級電容器的電極材料。
1)石墨烯導電添加劑已成為石墨烯在能源領域最大的規模化應用方向之一。目前常用的導電劑有導電炭黑、導電石墨、SP-Li、碳納米管及氣相生長納米碳纖維(VGCF)等。與現有導電劑產品相比,石墨烯導電劑具有的極高的導電性能、導熱性能和超大比表面積特征使其在高端導電劑中具有廣泛的應用前景。而隨著新能源汽車產量的迅猛增長,市場對于高端導電添加劑產品的需求量也將呈現飛速提升的態勢。預計到2018年,石墨烯導電劑用量將達500噸,其在鋰電池導電劑材料中占比也將逐步提高、價格也將呈現逐年下降趨勢。
資料來源:中國石墨烯產業技術創新戰略聯盟:《2015年全球石墨烯產業研究報告》
2)石墨是目前鋰離子電池最為常用的負極材料,但其較低的容量和大電流下的快速容量衰減限制了其在動力鋰電池中的應用。與之相比,石墨烯負極材料因為獨特的結構而在比容量和倍率性能上具有顯著優勢,因此在鋰電池的負極材料領域有廣闊的市場前景。負極材料在鋰離子電池中的成本占比為15%-20%,是鋰電池的重要原材料之一。目前,全球鋰電池負極材料總產量達7萬噸左右,其中中國和日本占據全球負極材料銷量的95%以上。2014年中國負極材料出貨5.16萬噸,同比增長31.9%,產值為28.7億元,同比增長17.1%
資料來源:CCID
3)隨著我國新能源汽車的高速增長、4G時代來臨,鋰電池在電動車和智能電子設備領域的應用將進一步擴大,其中對于石墨烯負極材料的需求也將更大。在電動車用鋰電池領域:2012年,全球電動車市場規模為21億美元;2013年,在特斯拉、寶馬、豐田等新能源汽車帶動下電動車用鋰電池的市場規模增速達到90%,預計這種高速增長會一直持續到2018年,2020年電動車用鋰電池市場規模有望達到351億美元。在智能電子設備行業,由于智能手機、相機、游戲機等電子產品的普及和更新換代,目前智能電子設備用鋰電池市場規模為173億美元,自2010年以來保持20%左右的增速。預計到2020年,智能電子設備對鋰電池的需求量將達到541億美元。
資料來源:KDB Daewoo
4)超級電容器是一種靠極化電解液來存儲電能的新型電化學裝置,在各類需要能源轉化的領域有著巨大的應用價值。目前,研究和應用最廣泛的超級電容器電極材料主要是碳質材料,包括活性炭、活性碳纖維、碳納米管等,其中最為成熟的是活性炭。石墨烯與其它碳材料相比,比表面積大、電導率高、化學穩定性好,這些優良的性能使石墨烯及石墨烯基材料成為超級電容器電極材料有力競爭者。美國ID Tech Ex公司報告顯示,全球超級電容器市場將從2013年的8億美元增長到2018年的31.3億美元,年復合增長率將達到30.2%
資料來源:KDB Daewoo
2)石墨烯在塑料、橡膠等復合材料中的應用
將石墨烯添加到塑料、橡膠、涂料等基體中,可以大幅增強產品的性能,如強度、韌度、導電性及傳熱性等。目前橡膠中常用的補強劑為炭黑,全球炭黑約有70%用于輪胎制造,20%用于其它橡膠生產,其余10%用于塑料添加劑、染料、印刷油墨等工業。2013年,全球炭黑產量從2012年的1,128萬噸上升至1,154萬噸,增長2.2%。2013年,中國炭黑產量增長率約為6.3%。2012年至2020年,炭黑需求預計將逐年增長3.9%,2020年或達到1,545萬噸。而石墨烯由于其優越的性能,其在復合材料中的地位也逐步提高。
在橡膠和塑料中,高端產品市場所占比例約為5%左右,所采用的補強劑、增韌劑包括碳納米管、碳纖維及其它高性能碳材料。較國際炭黑品種,我國缺乏高性能、低滾動阻力的胎面膠炭黑新品種,缺乏具有特定專用性能或高純凈度的胎體或者橡膠工業制品的炭黑品種,缺乏高檔次的色素炭黑和導電炭黑品種。而石墨烯的性能特征使得其在高端橡膠和塑料產品中具有廣泛的應用前景,如將石墨烯添加到塑料和樹脂(如聚甲基丙烯酸甲酯)中,可以使復合材料的強度較現有產品提高三倍以上,可以進一步提高我國高端橡膠和塑料產品的國際競爭力。
3)石墨烯在導電油墨、防腐涂料等功能性涂料中的應用
石墨烯用于涂料中可制備純石墨烯涂料和石墨烯復合涂料,前者主要是指純石墨烯在金屬表面發揮防腐蝕、導電等作用的功能涂料;后者主要是指石墨烯首先與聚合物樹脂復合,然后以復合材料制備功能涂料,石墨烯可顯著提升聚合物的性能,因此石墨烯復合涂料成為石墨烯的重要應用研究領域。具體來說,石墨烯可以在導電涂料、防腐涂料、建筑涂料以及抗靜電涂料等領域具有廣泛應用,其中在導電涂料、防腐涂料尤為成熟。
在導電涂料方面,石墨烯主要應用在導電油墨和導電膠黏劑。目前,行業化導電油墨、膠黏劑產品的主要填充料為碳黑、銀粉、鎳粉等。碳黑雖然便宜,但是其導電能力不佳,需要大量填充;銀粉、鎳粉導電性能好,但是價格較高。采用石墨烯作為填充料,不僅可以降低填充量,還可以解決導電性能和成本之間的矛盾。因此,石墨烯導電油墨在薄膜電極印刷、RFID標簽印刷等產品上具有廣泛的應用前景。而石墨烯導電膠黏劑則可以用于LED封裝、電子器件封裝,降低封裝成本。
防腐涂料一般分為常規防腐涂料和重防腐涂料,是油漆涂料中必不可少的一種涂料。在防腐涂料領域,石墨烯水性涂料的防腐效果明顯高于其他碳系材料填充的水性涂料,也比商業化的水性涂料具有更為突出的耐鹽霧腐蝕性能。在傳統的磷酸涂料中添加少量石墨烯,即可使涂料的耐鹽霧時間提升1倍以上。目前我國常規防腐涂料產量年均復合增長率在40%左右,重防腐涂料產量年均復合增長率在18%左右,據此估計,到2015年我國常規防腐涂料、重防腐涂料產量將分別達到300萬噸和150萬噸左右,防腐涂料總產量達到450萬噸左右,而到2017年或可達600萬噸。
4)石墨烯在觸摸屏、顯示器等電子材料領域的應用
智能手機以及平板電腦等產品的滲透率不斷提升,為導熱材料帶來巨大的市場空間。由于市場對芯片速度要求越來越高,高功率成為了發展趨勢,大頻率芯片及大功率電池成為了智能手機和平板電腦的必然選擇,這又會導致對散熱性能更高要求,進一步增加對石墨散熱膜的需求,也開啟了性能更好的石墨烯散熱薄膜的發展空間。
資料來源:NPD Display Search
目前顯示器件中使用的導體材料基本上都是ITO 材料,但ITO 具有價格高、易碎、有毒等缺點。石墨烯具有高透明性、強韌性以及優良的導電性能。可以用于制作柔性材料,是替代ITO 作為新型透明導電膜的理想材料,這在液晶顯示屏和可穿戴設備市場以及散熱材料中具有廣泛的應用前景。在液晶顯示屏方面,中國2013年液晶顯示器面板出貨量為1.6億片。在可穿戴設備方面,根據NPD Display Search可穿戴式設備市場及預測報告顯示,可穿戴式設備市場如移動追蹤器、通知裝置、智能手表及頭戴式顯示器等,在2013年開始起飛,隨著各廠商陸續推出以及消費者的采用知覺提高,預計于2015年全球可穿戴式設備市場將達到9200萬臺。
數據來源:WindNPD Display Search
 
 
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