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“新材料之王”石墨烯:光环退去,产业需要返璞归真

班建伟 2018-09-28 2356 199

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剖析产业发展现状

为区域/园区工作者洞悉行业发展

石墨烯作为新材料之王,从诞生之日起就备受瞩目,经过了近十年的发展,国内石墨烯产业似乎进入了毁誉参半的尴尬境地,当前国内石墨烯产业发展现状如何?存在哪些问题?未来发展路径如何?

  摘要:石墨烯作为新材料之王,从诞生之日起就备受瞩目,经过了近十年的发展,国内石墨烯产业似乎进入了毁誉参半的尴尬境地,当前国内石墨烯产业发展现状如何?存在哪些问题?未来发展路径如何?

“新材料之王”石墨烯:光环退去,产业需要返璞归真

  石墨烯,是一种由碳原子以sp²杂化轨道组成六角型呈蜂巢晶格的二维碳纳米材料。石墨烯完美的结构赋予其良好的电学、热学、光学、力学等特性,在化工、储能、电子器件、生物医药、航空航天等领域广泛应用。自2010年石墨烯的发现者获得诺贝尔奖之后,全球掀起了石墨烯研发热潮。2015年底,国家发改委、科技部、工信部三部委联合出台了《关于加快石墨烯产业创新发展的若干意见》,明确要重点发展石墨烯产业,《中国制造 2025》、《新材料产业发展指南》等文件也多次提到石墨烯,石墨烯已经成为新材料产业发展的重中之重。

  国内石墨烯产业现状

  国内石墨烯产业从2010年开始兴起,2014-2016年达到高速发展期,2017-2018年扩张速度逐渐回落,据《中国石墨烯产业发展年度报告2016-2017》统计,截止2017年2月,全国工商注册的涉及石墨烯业务的企业已达两千多家,其中实际从事石墨烯业务的有200多家。

  全国30多个省市除新疆、西藏、青海、海南外,其它省市均成立了石墨烯产业园、研究院或有石墨烯项目落地。目前石墨烯产业最为集聚的地区为江苏常州、无锡、浙江宁波、山东青岛、广东深圳等,此外,四川、福建、广西、内蒙古、黑龙江也是目前石墨烯产业比较活跃的区域。北京是国内石墨烯科研实力最强的地区,依托于清华、北大等众多高校和中科院各个院所等众多顶尖科研机构,目前国内最顶尖的石墨烯研发机构北京石墨烯研究院就坐落在北京。

  2016年全球石墨烯市场总体规模755万美元,2017年约2000万美元,2020年后市场规模可能会爆发,2025年全球石墨烯市场规模有望达到21.03亿美元。

  国内石墨烯产业当前面临的问题

  石墨烯自2004年首次被发现,如今已经走过了十几个年头。从2017年至今,资本对于石墨烯的热情已经消退,石墨烯专利、论文的发表数量也大幅下降,这些充分说明石墨烯已经走过了概念导入期,人们对石墨烯的期望开始回落,已经将注意力逐渐转移到实实在在的产品上。

  与此同时,由于资本退潮,下游应用还未突破,政府补贴逐渐减少,国内很多石墨烯企业陷入经营困境。当前国内石墨烯产业主要面临如下问题

  (1)生产应用方面的研发落后

  目前,国内从事石墨烯生产和应用开发的企业多为小微企业,很多上市公司只是通过参股或控股参与石墨烯产业,并未作为主营业务有实质性投入。小企业虽然经营灵活,但综合实力弱,大部分都没有自己的研发团队,只能采取合作或委托研发的模式,关注的也是一些投入小、产出快的领域,比如电加热、大健康、复合材料等,反观发达国家,涉足石墨烯的都是三星、IBM、巴斯夫等行业巨头,研发投入巨大,关注的都是相对来讲比较高端、前沿的领域,如可穿戴技术、芯片、生物医药领域等,这也是造成国内外石墨烯行业差异巨大的原因之一。

  (2)关键性技术还未获得实质性突破

  目前国内石墨烯粉体虽然已经突破了规模化量产的瓶颈,但是不同的技术路线生产出的石墨烯粉体质量参差不齐,批次均一性难以把握。市场上石墨烯产品鱼目混珠、质量参差不齐的现象非常严重。薄膜方面,大面积单晶石墨烯薄膜的制备和生长技术仍未突破,这也大大阻碍了石墨烯在芯片、柔性显示、传感器等高端领域应用的推动。

  (3)市场需求尚未全面打开

  据公开报道统计,目前全国石墨烯粉体理论产能已达7000多吨,但实际产品只有一两百吨,造成这个问题的主要原因就是石墨烯下游应用尚未突破,很多应用领域目前仍处于实验室阶段或市场验证阶段,另外,石墨烯质量的参差不齐在一定程度上也限制了下游企业采购石墨烯的信心。

  (4)国家层面缺乏统一规划、引导

  国家政策的引导和诺贝尔奖光环的加持,很多地方政府盲目上马石墨烯项目,目前全国兴建的石墨烯产业园、石墨烯研究院、石墨烯产业联盟已有数十家。全国掀起了轰轰烈烈的“造烯运动”, 但是其中大部分项目都未经过严密的科学论证,同质化建设非常严重,技术水平层次不齐,不能和当地原有产业充分结合,造成了极大的资源浪费。

  部分下游应用领域已形成突破

  虽然国内石墨烯产业仍面临很多困难和问题,但是经过近十年的发展,国内已经有一些企业在一些石墨烯下游应用领域取得了突破。新能源锂电池导电剂是目前石墨烯下游应用最先打开的市场。据统计,国内目前已有8家企业生产的石墨烯导电剂打入了新能源汽车市场。以青岛昊鑫、国轩高科、东莞鸿纳为代表的企业的石墨烯导电剂产品已经成功在比亚迪、国轩高科等企业的电池上应用,产值近亿元。

  此外,电能替代正成为石墨烯应用的一大热点。借着国家“煤改电”政策的东风,目前全国已有26个城市出台了相关的扶持政策。相比传统电热材料,石墨烯电热膜是具有加热均匀、升温更快、寿命更长的特点,并且低碳节能环保。随着国家清洁能源政策的推动,石墨烯电加热行业迎来了高速发展期。

  石墨烯防腐涂料是石墨烯另一个有望大规模应用的领域。就在不久以前,位于浙江舟山的世界最高输电铁塔就披上了石墨烯的“防腐外衣”。据统计,我国防腐涂料市场规模每年达2000亿元,其中重防腐涂料需求年均增速超过20%,目前大部分市场份额被国外涂料品牌垄断,如今国产石墨烯防腐研制成功,有望打破我国重防腐涂料被国外产品垄断。

  除此之外,石墨烯加热理疗产品、石墨烯改性纺织品等应用也正在慢慢成熟,中国已经成为全球石墨烯应用开发最热市场最大的地区之一。

  展望未来 任重道远

  虽然国内石墨烯产业已经取得了一些发展和进步,但是也有不少隐忧。石墨烯行业知名专家、中国科学院院士、北京大学教授刘忠范表示目前石墨烯产业仅仅是产业化初级阶段,群众运动式的发展方式并不可取。我们不仅要关注当前的石墨烯市场,更要关注未来的石墨烯技术,只有掌握了核心技术,才有可能在未来和欧美等发达国家分庭抗礼。

  对于石墨烯产业未来发展,笔者有如下几点建议:

  在国家层面,应该制定我国石墨烯产业发展总体规划,统筹国内石墨烯产业园、创新中心建设,合理规划、科学布局,避免重复建设。另外,要重点加强在芯片、集成电路、柔性显示、传感器、生物医药等领域的科技研发投入。

  在企业层面,加强对于初创型科技企业的扶持,充分发挥政策和资金的引导作用,鼓励社会资本参与,培养一批综合实力比较强的龙头企业,促进人才、资源、资金等向优势企业集中。

  在行业层面,要尽快建立规范的标准体系。根据石墨烯产业发展的实际情况,研究制定一批国家标准和行业标准,尤其对下游应用较为成熟的复合材料、涂料、锂电池等应用领域,尽快完善相关产品定义、检测和使用标准。加快研究制定石墨烯行业规范条件,从产业布局、生产工艺与装备、清洁生产、质量管理等方面加以规范。


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