石墨烯电池是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。新型石墨烯电池实验阶段的成功,无疑将成为电池产业的一个新的发展点。电池技术是电动汽车大力推广和发展的最大门槛,而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。
项目建设在白城市洮北区绿电产业园,园区以吉林化纤年产10000吨大丝束碳纤维和辽宁万辉年产3000吨天然石墨(烯)锂离子电池负极材料为核心进行建设,同时,积极引进其它新材料生产项目入园,逐步扩大产业园规模。
随着全球传统石化能源的不断消耗,传统能源造成的环境污染和气候变化形势的日益严峻,新能源在能源结构中的重要性也一天比一天突出。采用各种新材料制备新能源器件成为国内外的研究热点。石墨烯是一种以SP2杂化连接碳原子而堆积成单层二维蜂窝状晶格结构的碳素材料。
随着近年来锂离子电池科研方向的深度进行,作为良好导体的石墨烯也得到了极大的关注以及研究,石墨烯由于其优异的碳结构和稳定的导电性在各种电动器械以及便携式移动通讯工具中具有极高的应用率。同时相较于同类型导体的硅和碳纳米管,石墨烯拥有极强的导热性和极高的强度,其在锂离子电池中的应用与开发也受到了更大的关注。
石墨烯是一种拥有非常良好导电导热性的柔性超薄结构物质,它在锂离子电池导电剂中属于一种非常理想的负极导电材料,同时其奇特的物理及化学性质也备受人们的关注,在目前新能源电池研究处于火热阶段的时期,石墨烯也深受市场欢迎。2013年中国初步实现了石墨烯对传统材料的替代,下游市场逐步打开,主要使用在于锂电池和涂料等领域。石墨烯应用技术的进步丰富了下游应用市场,中国石墨烯行业市场规模也随之逐步扩大。2022年我国石墨烯产业规模达到335亿元。
随着全球石墨烯研发成果陆续进入市场,全球石墨烯市场规模开始快速扩张,尤其在涂料、消费电子以及新能源,石墨烯需求大幅度增长,进一步带动了全球石墨烯的市场规模,截至2022年全球石墨烯行业市场规模约99.39亿美元,同比增长22.52%,2016年到2022年市场规模增长了84.66亿美元,复合增长率为37.46%,保持着迅速增加的态势。
随着“中国制造2025”国家战略的出台,石墨烯扶持力度加码,国家、地方政府、产业联盟通过多种手段支持石墨烯产业高质量发展。“中国制造2025石墨烯产业技术路线图,明确了产业化发展重点、方向和路径,已解决当前相关这类的产品制备技术存在成本高、技术不成熟、产品不稳定等问题,开发针对特定场合的多形态和特性石墨烯材料的制备和结构调控技术。当下,中国石墨烯行业整体发展形势良好。在公司数方面,我国石墨烯产业在业企业数从2013年的3339家增长至2022年的12268家。
“十四五”期间,我国石墨烯产业将进一步发挥改造提升传统产业、培育新兴起的产业的功能,与相关产业深层次地融合发展,加速推动我们国家石墨烯产业化进程,催生一批快速地增长的石墨烯企业。综上,石墨烯拥有非常良好的市场前景。
电池是最常见的电能储存形式。随工业的发展,电池种类多样化,其中的锂离子电池成为目前应用场景范围最为广泛的电池种类之一。相比于普通电池,锂离子电池具有循环寿命长、体积小、单位体积内的包含的能量大、充电时间短等优点。锂离子电池是在20个世纪90年代实现产业化的。随着锂离子电池储能技术的不断革新与发展,目前已经被大范围的应用于新能源汽车、航天、手机、计算机等领域中。跟着社会的慢慢的提升、经济的持续不断的发展,对锂离子电池的要求也逐步的提升。锂离子电池负极材料对电池的安全性、常规使用的寿命、单位体积内的包含的能量、容量等方面起着决定性作用。应用石墨烯及其复合材料制备的锂离子电池负极材料性能良好。
石墨烯材料是在21世纪初被美国科学家发现的。石墨烯具有资源丰富、价格低、稳定性很高等特点。石墨烯及其复合材料由于具有较高的比容量,目前已经被大范围的应用于锂离子电池的负极材料中,并表现出优异的性能,已成为一类受到广泛关注的锂离子电池负极材料。
基于石墨烯的各项特殊理化性质,石墨烯在电极材料研究领域开发潜力巨大。锂离子电池主要由正极材料、负极材料、隔膜及电解液四大部分所组成,其中电极材料对电池性能影响至关重要。按照应用领域的不同,石墨烯材料在锂离子电池中的应用大体可分为三类:石墨烯在正极材料中的应用、在负极材料中的应用和在锂离子电池中的其他应用。石墨烯作为新型导电剂,可以最大化地发挥导电剂等作用。
①移动设备:石墨烯电池的高单位体积内的包含的能量和快充特性使其成为移动电子设备的理想能源存储解决方案。智能手机、平板电脑和可穿戴设备等能够轻松的享受到更长的电池续航时间和更快的充电速度。
②电动汽车:石墨烯电池的高单位体积内的包含的能量和快充特性可以极大地改善电动汽车的续航能力和充电时间,推动电动汽车市场的进一步发展。
③可再生能源存储:石墨烯电池可当作储能系统,将可再次生产的能源(如太阳能和风能)储存起来,以供后续使用,实现能源的可持续利用。
④航天航空领域:石墨烯电池的高单位体积内的包含的能量和轻量化特性使其在航天航空领域具有较大应用潜力,能大大的提升航空器的能源效率和性能。
可见,石墨烯电池已经在移动电子设备、电动汽车、可再次生产的能源存储和航天航空等领域得到应用,并展现出广阔的未来市场发展的潜力。目前石墨烯导电剂的生产所带来的成本较高,但因为有国家政策支持,伴随着产能的提升,有望摊薄成本,另一方面,碳纳米管导电剂和炭黑导电剂预期价格变化不大,成本下降空间较小,与之相比,石墨烯导电剂发展的潜在能力与价格潜力巨大。
2020年,国家发改委发布了《国民经济与社会持续健康发展第十四个五年规划纲要》。《纲要》指出计划在2021-2025年期间进一步大力支持发展新材料产业,并力求实现产业独立自主。这一政策的转变标志着我国石墨烯行业从兴起走向独立快速地发展,未来预计产业规模将进一步扩大。
《2021年工业和信息化标准工作要点》中指出:加强产业基础标准和强制性标准制定。开展化工新材料、石墨烯,电子专用材料、天然纤维材料等新材料和关键材料标准制定。
2022年《“十四五”原材料工业发展规划》中指出:到2025年,新材料产业规模提升,占原材料工业比重显著提升;初步形成更高质量、更好效益、更优布局、更加绿色、更为安全的产业高质量发展格局。
洮北区位于黑龙江、吉林、内蒙古三省(区)交界处,为白城市委、市政府所在地,是全市的政治、经济、文化交流中心。铁路公路四通八达,长白、平齐、白阿、通让四条铁路干线三条国省级公路从境内通过。
省内拥有吉林大学等著名高校。白城市洮北区人社局围绕加强职业技能培训工作,全方面提升职业技能水平,大力加强培训能力建设,进一步夯实职业技能培训,推动劳动者实现高质量就业。白城市洮北区公共就业实训基地已具备使用功能,可承担14个职业(工种)技能培训,通过在岗培训、订单培训、专业培训、师带徒等形式开展技能培训,进一步锻炼工作技能,积累工作经验,在理论知识、实际操作能力和素质三方面均得到提高,为实现高质量就业做好铺垫。
白城市有待开发的清洁能源近5000万千瓦,是全国首批确定吉林省千万千瓦风电基地重要组成部分,是全国唯一的风电本地消纳示范园区,是国家新能源示范城市,是国家光伏发电应用领跑基地。“十四五”期间,按照省“一主、六双”空间布局和市“一城三区”规划目标,白城市新能源产业必将迎来大发展、快发展。
占地面积4万平方米。项目建设规模为年产3000吨石墨(烯)锂离子电池,购置超高温电管石墨化炉100台,配套石墨球化分级设备1套、成品包装设备1套,密闭式原料仓1座。
项目达产后,年出售的收益17730.5万元,利润5319.15万元,投资回收期5.7年(税后,含建设期1年),投资利润率21.28%。
石墨烯在能源领域的应用将继续深入,推动能源科技的创新与发展。洮北区积极投入石墨烯的研究,开发具有实际应用价值的石墨烯产品,提高石墨烯在能源领域的应用水平。项目的建设符合吉林省新能源及新材料产业的发展趋势,同时带动相关就业岗位,拥有非常良好的经济效益及社会效益。
白城洮北经济开发区成立于2010年10月10日,地处吉林省、黑龙江省和内蒙古三省交汇处,位于白城市区东北部,幅员面积65.6平方公里,是洮北区委、区政府精心打造的经济发展平台,是全省最年轻的经济开发区。白城洮北经济开发区比较优势显著,得天独厚,在全省37个工业集中区综合评比中,洮北经济开发区多次被评为省级先进工业集中区。
白城绿电产业示范园区以碳中和为主攻方向,以洮北经开区为依托,整合白城工业园区内的化工园区,打造绿色新材料、绿色冶金、绿色装备制造、绿色大数据智能管理、绿色食品及医药健康、绿色氢能、绿色化工等七大产业园区。“十四五”期末,将白城绿电产业示范园区打造成本地消纳的清洁能源装机超500万千瓦(年供电120亿度)、固定资产投资完成200亿元、产出规模达到200亿元的国家级碳中和示范园区,成为吉林省西部地区生态经济高水平质量的发展新引擎。