石墨烯电池产业中外国家扶持政策对比分析

2017-09-10杨倩刘婧怡殷筱蕊

环球市场 2017年13期

杨倩刘婧怡殷筱蕊

摘要：新能源电池已经出现了锂电池，镍氢电池等。石墨烯是目前发现的硬度最高、韧性最强的纳米材料。国家对这一新出来的材料抱有较大的期待，中国科技园、科学院？、国家自然基金等都为研究石墨烯投入了大量资金，一些发达国家对此新能源也非常感兴趣，发布了一系列的战略。经过问卷调查发现，虽然好多人对石墨烯不够了解，但在了解后对石墨烯电池的出现抱有很大的期望。若真能发展出石墨烯电池，那么将会出现一次新的工业革命。

关键词：石墨烯；扶持政策；中外

一、新能源电池的分类及应用情况

电池从广义上讲主要可分为化学电池、物理电池和生物电池三大类，其中化学电池和物理电池已经应用于量产电动汽车中，而生物电池则被视为未来电动车电池的重要发展方向之一。

（一）化学电池

化学电池是目前电动汽车领域应用最为广泛的电池种类，如镍氢电池、锂离子电池、锂聚合物电池、燃料电池等都属于这一范畴。

镍氢电池更注重充放电控制。镍氢电池是目前除锂电池外另一主流电动车动力电池种类。由于其电池单体电压仅是锂电池的1/3，因此在需求电压一定的情况下，其电池组的体积要比锂电池大上一些。与锂电池一样，镍氢电池也需要电池管理系统，不过其更注重电池的充放电管理。

锂电池是目前电动车上最常用的电池种类之一，虽然其从1970年诞生至今时间并不算长，但凭借能量密度高、循环使用寿命长等特点迅速占据了电动汽车电池市场的绝大部分江山。

相比于早期的锰酸锂电池，磷酸铁锂电池在能量密度上并未有太大差别。但其热稳定性是目前车用锂电池中最好的。换而言之，磷酸铁锂电池的安全性在锂电池中首屈一指，也正因如此，其也成为目前电动车电池的主要门类之一。

三元锂电池与磷酸铁锂电池相比，三元锂电池在重量能量密度上要高出许多，这也就意味着同样重量的三元锂电池比磷酸铁锂电池的续航里程更长。不过其对电池管理系统提出极高的要求，需要为每节电池分别加装保险装置，除此之外，由于单体体积很小，所以单车要的电池单体数量非常庞大，这无疑又为电池管理系统进一步加大了控制难度。

燃料电池是未来汽车最理想能源。燃料电池其实不是“电池”，准确地说是一个大的发电系统。理论上讲，燃料电池能采用的燃料种类很多，甚至是传统内燃机所用燃料均可，不过真正能起电化学反应的，仅仅是其中的氢和氧化剂中的氧，因此，氢燃料电池是目前燃料电池的研究核心。

（二）物理电池

物理电池顾名思义，就是依靠物理变化来提供、储存电能的电池统称，如超级电容、飞轮电池等都属于物理电池的家族成员。

功率密度高但电池容量小，是一种介于传统电容与电池之间的电源元件，其主要依靠双电层和氧化还原假电容电荷储存电能，期间不发生化学反应，因此被歸为物理电池的范畴。与之前所介绍的化学电池相比，超级电容有三大明显优势，首先，其反复充放电达数十万次（传统化学电池只有几百至几千次），寿命要比化学电池高出很多；其次，超级电容在充放电时的功率密度极高，瞬间可放出大量电能，可满足车辆更加宽泛的电力需求；第三，工作环境适应能力更佳，通常室外温度在-40℃-65℃时，其都能稳定正常工作（传统电池一般为-20℃～60℃）。有人预测，传统电动汽车的电池已经过时，未来以超级电容器为动力系统的新型汽车将取而代之。

其中，石墨烯电池是这次研究的重点。石墨烯电池利用锂离子在石墨烯表面和电极之间快速大量穿梭运动的特性，开发出的一种新能源电池。电池技术是电动汽车大力推广和发展的最大门槛，而目前的电池产业正处于铅酸电池和传统锂电池发展均遇瓶颈的阶段，石墨烯储能设备的研制成功后，若能批量生产，则将为电池产业乃至电动车产业带来新的变革。

（三）生物电池

生物电池是指将生物质能直接转化为电能的装置，生物电池可将底物直接转换成电能，保重了高的能量转换效率，且不需进行废气处理，具有生物相容性。它们的主要差别是反映的场所不同。分别是“于生物体内”，“于生物体外”以及“于生物体细胞外”。

二、石墨烯电池产业相关国家扶持政策

（一）国内国家扶持政策

近几年，石墨烯产业受到全球的关注，中国对石墨烯产业也抱有很大的期望。虽然目前大部分石墨烯产业尚处于实验室阶段，从具体到生产线和规模化还需要一定的时间。国家为了推动这一新材料的实际应用，政府更倾向于成立产业基金。中央政府出资额应会达到总出资额的1/5。

2007年到2012年，中国国家自然科学基金委员会对石墨烯科研项目的自主达到3.3亿元；科技部与中国科学院累计资助金额分别达到5915万元和4605万元。各地方政府也开始建设石墨烯产业园区，如江苏常州在2011年投入5000万成立江南石墨烯科技产业园，宁波市2013年投入9000万支持石墨烯技术创新、产品研发，无锡市也投入2亿元支持石墨烯的发展。2013年山东省石墨烯产业技术创新联盟相继成立，青岛、济宁等地的石墨烯產业园、创新基地及产业联盟渐渐成立，也相继出台了相关的发展规划纲要，大大推动了石墨烯产业链的发展。

自2009年起，中国科学院、科技部、国家自然科学基金等相继启动了多个石墨烯研究项目，如：863计划纳米材料与器件主题“石墨烯的控制制备及其在光电领域的应用”课题等。2007年至2013年间，中国国家自然科学基金共资助石墨烯项目1096项。

2012年，工信部在《新材料产业“十二五”发展规划》，提到了石墨烯材料，2015年，工信部和财政部发布《关键材料升级换代工程实施方案》提出石墨烯等重点新材料实现批量生产和规模应用。

2014年10月珠海市人民政府与中国碳谷有限公司签署战略合作框架协议，计划在未来5到10年内大规模引入以石墨烯为代表的碳素材料科研专家和有关的龙头企业，并建立高新区碳谷产业区和低碳智慧文化小镇等。

2015年我国政府提出石墨烯将会在2016年实现批量生产和规模应用。中国国家发改委、财政部和工信部发布的《关键材料升级换代工程实施方案》提出，到了2016年，推动新一代的节能环保、信息技术、海洋工程和先进轨道交通装备等产业发展急切需要的石墨烯等20多种重点新材料，实现批量稳定生产和规模应用。国家发改委、工信部在商量讨论出台新材料重大研究計划时，也曾多次组织对石墨烯产业的调研。

预计到了2020年，石墨烯在未来发展可能趋向于柔性发展，如太阳能、高性能芯片等方面。（见表1）

（二）国外的扶持政策

2007 年，日本科学技术振兴机构资助了石墨烯材料和器件的技术开发项目，主要开发“石墨烯/硅材料”工艺技术，并在此基础上开发先进的辅助开关器件和等离子共振赫兹器件。

2008 年，美国投资2200 万美元，用于研发超高速和低耗能的石墨烯晶体管，在研发与产业化方面至少有10 多家公司取得了新的拓展。

2011 年，美国能源部发布2011 版《关键材料战略》，将石墨材料、石墨烯作为重要部分进行阐述。日本经济产业省实施超轻、高轻度创新融合材料项目，投入了9 亿日元用于研究碳纳米管和石墨烯的批量合成技术，研究期间为2011-2016 年。

2012 年，英国又追加2150 万英镑资助石墨烯的商业化探索研究，用于支持尖端研究项目以发现石墨烯的日常用途。

2013 年，欧盟委员会推出“未来新兴旗舰技术项目”，计划资助10 亿欧元用于石墨烯研发，将组织17 个国家学术界和产业界的126 个研究组开展合作研究，并计划在项目启动后通过公开征集的方式进一步扩大产学研联盟，再吸引20～30个研究组，以加强在工程领域的研究能力。由英国公司牵头启动了欧盟多方合作项目PolyGraph 项目，开发提供工业规模量的石墨烯增强热固性聚合物（TSP）技术。韩国产业通商资源部宣布，在未来6 年内投入4230 万美元，用于支持企业实现石墨烯的应用产品和相关技术商业化。

2014 年，英国在曼彻斯特大学建立国家石墨烯研究院的基础上，为加速石墨烯的应用研究和开发，在曼彻斯特大学投资6000 万英镑，成立石墨烯工程创新中心，作为国家石墨烯研究院的补充。（见表2）

三、小结与对策

石墨烯虽然目前大多产品还尚在研究中，但由于其不一般的特性，一旦开始进行批量生产，将会产生一次新的工业革命。对于石墨烯材料的发展，目前没有一个企业可以与科研单位对接，只能自产自销，若是政府可以对相关企业进行财政支持，促使企业对石墨烯产品批量生产，打开市场，或许未来石墨烯产品可以受到大家的关注，进而开发出石墨烯电池，在新能源电池中占得一席之地。