在由SMM、重庆市江津区人民政府、上期所共同共同主办的2023 SMM第十二届金属产业年会-SMM 锂电负极及石墨碳素产业年会上，安徽省石墨烯先进材料工程研究中心、物质科学与信息技术研究院、安徽大学教授王俊中介绍了石墨烯在电池储能中的应用。

石墨烯材料

新能源领域用高效石墨烯电极材料、石墨烯集流体等新能源材料；推进航空航天领域用石墨烯橡胶、石墨烯芳纶等高分子复合材料，石墨烯碳纤维、石墨烯玻璃纤维等复合材料，石墨烯金属复合增强材料等；突破石墨烯导热、散热材料在电子信息领域的应用等。

碳材料的自然属性与电池结缘

高导电性、高稳定性和高电化学稳定性，元素外围4e，C-C

形态与结构多样，历史悠久

廉价易得（石墨、活性炭、碳包覆）

底层逻辑：电池与碳材料结缘。

电池：需要电子/离子稳定跑道

碳材料在电池领域已广泛应用，产业基础好，具备持续推动电池储能技术创新发展的潜力。

碳材料与电池结缘发展态势

石墨、碳黑和活性炭等传统碳材料，在锂离子电池与超级电容器等产业领域已规模商业应用。

碳纳米管、石墨烯、热解碳、硬碳等新型碳材料：为电池技术革新提供新契机，新认知。

具有高比容量的硅碳负极材料，技术竞争激烈，体积膨胀和循环寿命。

高性能碳材料在液流、燃料电池以及碳加热带和散热带中的应用。

导电剂（石墨烯、碳纳米管、炭黑、乙炔黑，科琴黑等）。

石墨烯

石墨烯（Graphene），结构上，一种由碳原子通过sp2共价键相互连接成六角蜂窝状网状结构的二维原子晶体材料。具有离域的大π键，只有表面，吸附力强，难以分散，难以批量化制备。

石墨烯在电池中的（潜在）应用

铅酸电池 （H+离子）、锂离子电池 （Li+）、钠离子电池 （Na+）、金属-硫电池（Li-S）、金属-空气电池（Zn-O2）、燃料电池 （PEM：质子H+）。

应用研发

石墨烯导电剂、激流体涂层增效锂离子电池；

石墨烯-金属锂固态电解质的锂离子电池；

石墨烯增效铅酸电池；

石墨烯增效钠离子电池；

石墨烯增效铝离子水系电池。

需要注意的是，碳材料在铅酸电池中的应用及机制研究欠缺。

石墨资源制备石墨烯：电化学&机械剥离

应用研究：

传感器、新能源、燃料电池、锂离子电池、超级电容器、高导热膜、催化剂。

剥离石墨制备石墨烯（电化学法）的优势与挑战

石墨（资源丰富）：层间距小，无离子可交换，无化学官能团可用。

电化学优势：石墨弱氧化剥离；剥离较彻底，1-3层；电取代部分试剂，更环保（电解液的循环使用）。

挑战：石墨电极，电接触反应；工程化（颗粒电解、收集分离）；电解液（离子液体、碳酸酯、硫酸、水/盐系等）副反应；批量化的产率；应用终端。

石墨烯添加增效活性碳的超级电容性能

原料中少量添加，提高电容碳的导电性、能量密度和功率密度，降低能耗，提高安全。

高强度电极材料：碳基“钢筋混凝土”

碳纤维/石墨烯/活性炭复合碳材料: 有望使得车身储能一体化。

氢能和燃料电池

燃料电池, 洁净能源发电技术；在电动汽车、重卡、叉车、家用热电联供、备用电源、固定电站、军用电源等领域应用前景广阔；

氢能与燃料电池：10万亿产值（2050年）；

石墨烯基非贵金属催化剂

石墨烯的晶体特征，使其比炭黑的电化学更稳定，导电性更好，导热性能更好。

石墨烯可以被裁剪修饰，提供催化活性位；氧还原高效催化：燃料电池阴极催化剂、金属-空气电池催化剂；石墨烯负载Fe-N-C，案例分析，具备部分取代Pt/C的前景。

总结

石墨烯的围观优越特性会给电池行业带来创新的机会。

石墨烯的低成本批量化制备是个基础；

石墨的电化学-机械法具有商业化潜力；

石墨烯增效铅酸电池和锂离子电池商业化在拓展中；

石墨烯对未来电池（锂硫电池、金属-空气电池）的应用潜力大；

石墨烯对氢燃料电池未来可期。

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