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石墨烯的应用介绍

作者:冯佐行资讯来源:本站原创点击数:367更新时间:2016-04-14字体 [    ]
石墨烯的应用介绍
一、公司简介
厦门凯纳石墨烯技术股份有限公司是中国第一家石墨烯企业,集石墨烯研发、生产、销售和应用开发于一体,先后被认定为高新技术企业、厦门双百计划人才单位、厦门市创新型试点企业 是中国石墨烯产业技术创新战略联盟理事单位,厦门新材料产业技术创新战略联盟副理事长单位。公司拥有顶尖的技术团队,掌握石墨烯生产和应用的核心技术,在技术、品牌知名度方面均处于行业领先地位,在石墨烯生产及应用领域开展了许多开创性的工作,并取得丰硕成果。公司产品拥有完全自主知识产权,已共申请40余项石墨烯相关专利,其中11项专利获得国家授权,同时拥有KNANOKNG两个注册商标,并在2015年10月,通过了必维ISO9001:2008质量体系认证。
公司采用独创的工艺生产石墨烯,产品具有优异性能,广泛应用于新能源电池、塑胶、涂料等领域。目前,公司的石墨烯产品以及在塑胶、涂料领域专用石墨烯产品的工业化生产工艺已经成熟,在锂电池等领域的石墨烯制备技术已经实现重大突破,并在与客户合作应用开发的销售模式作用下,已经取得了一系列的产业化成果。现已建成石墨烯生产基地和企业自有的石墨烯实验室、石墨烯检测中心、石墨烯应用研发中心,并与华侨大学、厦门大学、中国科学院等研究机构保持良好的合作关系。同时已建成2条石墨烯生产线、多条石墨烯微片生产线,为了进一步加快石墨烯产业化进程,公司正在分期建设年产2200吨和21000吨的石墨烯产品建设项目,并且已经完成项目的初步可行性分析和厦门工商局领域投资项目备案。
20151015日,公司顺利完成股份制改造,正式更名为厦门凯纳石墨烯技术股份有限公司(以下简称凯纳股份)。2016222日,凯纳股份获得全国中小企业股份转让系统有限责任公司批准同意挂牌,成功登陆新三板,通过挂牌,凯纳股份将抓住机遇、团结拼搏、扬帆起航,为石墨烯产业发展谱写新篇章!
公司将继续秉承创新无限止于至善的企业价值观,持续致力于推动石墨烯产品在产业和民生中应用,以需求中创新、应用中成熟理念,引领石墨烯行业的发展。
二、石墨烯的应用
石墨烯是一种由单层碳原子构成的新型二维碳纳米材料,由于其具有高强度、高导电性及传热性、超大的比表面积等特性,使其在锂电池、涂料、复合材料、超级电容器等领域具有广泛的应用前景。
(1)   石墨烯在锂电池、超级电容器等能源领域中的应用
石墨烯在锂电池和超级电容器中主要有三种应用,分别是用在正负极材料中作为导电添加剂,用在铜箔或铝箔中作为功能涂层,以及用作锂电池和超级电容器的电极材料。
1)石墨烯导电添加剂已成为石墨烯在能源领域最大的规模化应用方向之一。目前常用的导电剂有导电炭黑、导电石墨、SP-Li、碳纳米管及气相生长纳米碳纤维(VGCF)等。与现有导电剂产品相比,石墨烯导电剂具有的极高的导电性能、导热性能和超大比表面积特征使其在高端导电剂中具有广泛的应用前景。而随着新能源汽车产量的迅猛增长,市场对于高端导电添加剂产品的需求量也将呈现飞速提升的态势。预计到2018年,石墨烯导电剂用量将达500吨,其在锂电池导电剂材料中占比也将逐步提高、价格也将呈现逐年下降趋势。
资料来源:中国石墨烯产业技术创新战略联盟:《2015年全球石墨烯产业研究报告》
2)石墨是目前锂离子电池最为常用的负极材料,但其较低的容量和大电流下的快速容量衰减限制了其在动力锂电池中的应用。与之相比,石墨烯负极材料因为独特的结构而在比容量和倍率性能上具有显著优势,因此在锂电池的负极材料领域有广阔的市场前景。负极材料在锂离子电池中的成本占比为15%-20%,是锂电池的重要原材料之一。目前,全球锂电池负极材料总产量达7万吨左右,其中中国和日本占据全球负极材料销量的95%以上。2014年中国负极材料出货5.16万吨,同比增长31.9%,产值为28.7亿元,同比增长17.1%
资料来源:CCID
3)随着我国新能源汽车的高速增长、4G时代来临,锂电池在电动车和智能电子设备领域的应用将进一步扩大,其中对于石墨烯负极材料的需求也将更大。在电动车用锂电池领域:2012年,全球电动车市场规模为21亿美元;2013年,在特斯拉、宝马、丰田等新能源汽车带动下电动车用锂电池的市场规模增速达到90%,预计这种高速增长会一直持续到2018年,2020年电动车用锂电池市场规模有望达到351亿美元。在智能电子设备行业,由于智能手机、相机、游戏机等电子产品的普及和更新换代,目前智能电子设备用锂电池市场规模为173亿美元,自2010年以来保持20%左右的增速。预计到2020年,智能电子设备对锂电池的需求量将达到541亿美元。
资料来源:KDB Daewoo
4)超级电容器是一种靠极化电解液来存储电能的新型电化学装置,在各类需要能源转化的领域有着巨大的应用价值。目前,研究和应用最广泛的超级电容器电极材料主要是碳质材料,包括活性炭、活性碳纤维、碳纳米管等,其中最为成熟的是活性炭。石墨烯与其它碳材料相比,比表面积大、电导率高、化学稳定性好,这些优良的性能使石墨烯及石墨烯基材料成为超级电容器电极材料有力竞争者。美国ID Tech Ex公司报告显示,全球超级电容器市场将从2013年的8亿美元增长到2018年的31.3亿美元,年复合增长率将达到30.2%
资料来源:KDB Daewoo
2)石墨烯在塑料、橡胶等复合材料中的应用
将石墨烯添加到塑料、橡胶、涂料等基体中,可以大幅增强产品的性能,如强度、韧度、导电性及传热性等。目前橡胶中常用的补强剂为炭黑,全球炭黑约有70%用于轮胎制造,20%用于其它橡胶生产,其余10%用于塑料添加剂、染料、印刷油墨等工业。2013年,全球炭黑产量从2012年的1,128万吨上升至1,154万吨,增长2.2%。2013年,中国炭黑产量增长率约为6.3%。2012年至2020年,炭黑需求预计将逐年增长3.9%,2020年或达到1,545万吨。而石墨烯由于其优越的性能,其在复合材料中的地位也逐步提高。
在橡胶和塑料中,高端产品市场所占比例约为5%左右,所采用的补强剂、增韧剂包括碳纳米管、碳纤维及其它高性能碳材料。较国际炭黑品种,我国缺乏高性能、低滚动阻力的胎面胶炭黑新品种,缺乏具有特定专用性能或高纯净度的胎体或者橡胶工业制品的炭黑品种,缺乏高档次的色素炭黑和导电炭黑品种。而石墨烯的性能特征使得其在高端橡胶和塑料产品中具有广泛的应用前景,如将石墨烯添加到塑料和树脂(如聚甲基丙烯酸甲酯)中,可以使复合材料的强度较现有产品提高三倍以上,可以进一步提高我国高端橡胶和塑料产品的国际竞争力。
3)石墨烯在导电油墨、防腐涂料等功能性涂料中的应用
石墨烯用于涂料中可制备纯石墨烯涂料和石墨烯复合涂料,前者主要是指纯石墨烯在金属表面发挥防腐蚀、导电等作用的功能涂料;后者主要是指石墨烯首先与聚合物树脂复合,然后以复合材料制备功能涂料,石墨烯可显著提升聚合物的性能,因此石墨烯复合涂料成为石墨烯的重要应用研究领域。具体来说,石墨烯可以在导电涂料、防腐涂料、建筑涂料以及抗静电涂料等领域具有广泛应用,其中在导电涂料、防腐涂料尤为成熟。
在导电涂料方面,石墨烯主要应用在导电油墨和导电胶黏剂。目前,行业化导电油墨、胶黏剂产品的主要填充料为碳黑、银粉、镍粉等。碳黑虽然便宜,但是其导电能力不佳,需要大量填充;银粉、镍粉导电性能好,但是价格较高。采用石墨烯作为填充料,不仅可以降低填充量,还可以解决导电性能和成本之间的矛盾。因此,石墨烯导电油墨在薄膜电极印刷、RFID标签印刷等产品上具有广泛的应用前景。而石墨烯导电胶黏剂则可以用于LED封装、电子器件封装,降低封装成本。
防腐涂料一般分为常规防腐涂料和重防腐涂料,是油漆涂料中必不可少的一种涂料。在防腐涂料领域,石墨烯水性涂料的防腐效果明显高于其他碳系材料填充的水性涂料,也比商业化的水性涂料具有更为突出的耐盐雾腐蚀性能。在传统的磷酸涂料中添加少量石墨烯,即可使涂料的耐盐雾时间提升1倍以上。目前我国常规防腐涂料产量年均复合增长率在40%左右,重防腐涂料产量年均复合增长率在18%左右,据此估计,到2015年我国常规防腐涂料、重防腐涂料产量将分别达到300万吨和150万吨左右,防腐涂料总产量达到450万吨左右,而到2017年或可达600万吨。
4)石墨烯在触摸屏、显示器等电子材料领域的应用
智能手机以及平板电脑等产品的渗透率不断提升,为导热材料带来巨大的市场空间。由于市场对芯片速度要求越来越高,高功率成为了发展趋势,大频率芯片及大功率电池成为了智能手机和平板电脑的必然选择,这又会导致对散热性能更高要求,进一步增加对石墨散热膜的需求,也开启了性能更好的石墨烯散热薄膜的发展空间。
资料来源:NPD Display Search
目前显示器件中使用的导体材料基本上都是ITO 材料,但ITO 具有价格高、易碎、有毒等缺点。石墨烯具有高透明性、强韧性以及优良的导电性能。可以用于制作柔性材料,是替代ITO 作为新型透明导电膜的理想材料,这在液晶显示屏和可穿戴设备市场以及散热材料中具有广泛的应用前景。在液晶显示屏方面,中国2013年液晶显示器面板出货量为1.6亿片。在可穿戴设备方面,根据NPD Display Search可穿戴式设备市场及预测报告显示,可穿戴式设备市场如移动追踪器、通知装置、智能手表及头戴式显示器等,在2013年开始起飞,随着各厂商陆续推出以及消费者的采用知觉提高,预计于2015年全球可穿戴式设备市场将达到9200万台。
数据来源:WindNPD Display Search
 
 
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