編者按：石墨烯是世界最薄、最硬的材料，是從石墨材料中剝離出來、由碳原子組成的只有一層原子厚度的二維晶體，其潛在用途有保護涂層、透明可彎折電子元件、超大容量電容器，還可以用于動力電池，業內認為這正是電動汽車能否取得跨越式發展的關鍵。 近年來，國家出臺多項政策加速推動各類石墨烯產品的研發，其市場未來發展空間巨大。然而，目前石墨烯發展尚存在許多瓶頸，要實現產品的產業化還需要各方繼續發力。
從目前已知技術進展看，石墨烯有望提升超級電容器能量密度10倍以上，將大大改變目前超級電容器性能上的不足。因為看到了石墨烯作為新材料的優越性，世界各國都投入了大量的人力和財力推進其研發和生產。美國作為科技強國，自然不會錯過這一難得的機遇，包括IBM、英特爾、波音等國際大公司等，開始投入大量的科研力量進行石墨烯的研發。歐盟更是將石墨烯列為未來新興技術旗艦項目之一，計劃十年內提供10億歐元資助，將石墨烯研究提升至戰略高度。在亞洲，石墨烯的發展也極其活躍，韓國預計2010年—2018年間，向石墨烯領域提供總額為2.5億美元資助，三星則在手機及芯片的石墨烯應用上，投入巨大的研發力量。日本眾多企業，如日立、索尼、東芝等也投入了大量資金和人力，從事石墨烯的基礎研究以及應用開發。
石墨烯超級電容器領域市場空間巨大
電極材料是制作超級電容器的關鍵技術，其制作難度較高。超級電容器可以分為電極、電解質、集流體和隔離物4大部分，其中電極是超級電容的關鍵部件，電極成本占到整個電容器材料成本的40%-50%，是技術難度最高的環節，因此電極材料制造能力是超級電容的核心能力。
電極材料的性能要求，包括高比表面、高中孔率、高電導率、高堆積比重、高純度、高性價比6個方面。目前，雙電層型超級電容器的電極材料，主要包括活性碳電極材料、碳纖維電極材料、碳氣凝膠電極材料、碳納米管電極材料，但是，由于成本優勢，目前超高比表面活性炭占了電極材料的很大部分。
相對于活性炭，石墨烯材料具有多重優勢，比如很高的比表面積和更加優異的導電性，比容量也高于一般的活性炭和碳納米管。此外，其特殊的平面二維結構使之具有更為豐富的微觀結構，有利于電解液的滲透和電子的傳輸。因此，石墨烯化工行業非常適合作為超級電容器的電極材料。
目前，石墨烯電極材料較大的一個劣勢在于成本較高。未來，隨著石墨烯粉體生產實現規模化、石墨烯粉體制造工藝及生產技術不斷升級，石墨烯電極成本會大幅度下降，石墨烯電極取代目前電容器碳電極將成為可能。
近年來，在國家政策的推動下，我國超級電容器行業取得了較快發展，2015年行業市場規模突破40億元，同比增長40%。“十三五”期間，推動我國超級電容器行業發展的主要動力仍然在于政策，新能源汽車、風電、交通軌道、電力、軍工等超級電容應用領域，都是國家“十三五”期間政策重點扶持對象。
中投顧問產業研究中心預測，未來五年國內超級電容器行業仍將保持高景氣度，預計未來五年的年復合增長有望達到30%，至2020年超級電容器市場規模有望達到150億元，以45%的電極材料成本估算，2020年電極材料市場規模可達67.5億元。
與大多數石墨烯粉體應用市場不同，當前石墨烯在超級電容器領域的應用技術已經具備，阻礙其市場滲透率提高的主要原因在于成本過高，一旦石墨烯成本下降至普遍可以接受的范圍，市場滲透率將快速提升。以10%的滲透率估算，2020年超級電容器領域石墨烯市場規模約為7億元。
超級電容器領域石墨烯市場規模預測
國家政策鼓勵支持石墨烯產業發展
近年來，國家出臺多項政策，鼓勵支持石墨烯產業發展。國家各部委不斷出臺指導意見和規劃文件，明確了對石墨烯材料的支持與發展要求。習近平總書記曾在兩年內3次考察調研石墨烯，并在參觀英國曼徹斯特大學國家石墨烯研究院時指出，“中國是石墨資源大國，也是石墨烯研究和應用開發最活躍的國家之一”。
2014年9月，科技部863計劃納米材料專項提出，將石墨烯研發作為一個重點支持的內容，石墨烯研發正式進入到國家支持層面；2015年出臺的《<中國制造2025>重點領域技術路線圖》則明確了未來十年我國石墨烯產業發展路徑，并制定了2020年形成百億產業規模，2025年整體產業規模突破千億的政策目標。同年，國家發改委、工業和信息化部、科技部等3部委聯合發布《關于加快石墨烯產業創新發展的若干意見》，提出將石墨烯打造為先導產業，并明確了2020年底石墨烯產業的發展目標、發展重點和路線圖。 {$page$}
與此同時，一些地方在石墨烯產業化應用方面也進行了大力開拓。北京在石墨烯領域已經開展了一系列工作。其中北京市科委啟動了《石墨烯科技創新專項（2016-2025）》，力爭在石墨烯材料制備及應用等領域取得重大突破，搶占全球石墨烯科技制高點。此外，北京還在積極籌建北京石墨烯研究院。中關村豐臺科技園正在建設石墨烯產業園。江蘇常州和山東青島是石墨烯產業發展較早的兩個城市，已成為兩個國家級的石墨烯產業化基地。例如，青島高新區建設了國內首個國際石墨烯創新中心和北方地區惟一的國家級石墨烯產業創新示范基地，吸引了包括中央“千人計劃”專家、“長江學者”和山東省“泰山學者”在內的我國石墨烯產業頂級人才紛紛前來落戶，引進石墨烯及先進碳材料項目50個。目前，青島市已形成了以青島高新區、平度市、萊西市為代表的一批石墨烯產業示范區，形成了“區域合作、地區聯動、協同發展”的良好態勢，以石墨烯為引領的先進碳材料特色產業集群初步顯現。此外，浙江寧波、廣東深圳等城市的起步也較早。目前，石墨烯產業的發展正在從沿海向內陸進行蔓延，四川、內蒙古、廣西、寧夏等省區也在大力發展石墨烯產業。
隨著政策支持力度不斷加大，我國石墨烯產業的發展也取得了令人矚目的成績。截至2015年，我國石墨烯專利技術申請量約占全球石墨烯專利技術總量的1/3，并且相繼推出了高品質石墨烯制備、石墨烯基鋰電池、石墨烯柔性顯示屏、石墨烯防腐涂料等相關產品。
石墨烯發展仍存在瓶頸
在我國，石墨烯產業近年來發展迅速，眾多石墨烯產業園區以及創新創業平臺不斷涌現，帶動產業規模不斷壯大。然而，石墨烯發展存在許多瓶頸。“國內石墨烯產業發展還比較粗放，雷聲大雨點小，許多公司都號稱有了引領時代的產品，但實際上目前根本還不能投入市場。”科技部發展戰略研究院產業科技研究所副所長陳志提到，中國石墨烯發展的瓶頸主要集中在高質量石墨烯實現低成本制備、下游應用領域的開拓、石墨烯產業標準認證，以及應用石墨烯材料特性的電子器件研發等。“未來石墨烯產業發展，亟須加強產業鏈協同創新，使石墨烯材料研發制備環節與下游應用需求緊密結合。”陳志說。
粗放經營導致大量石墨資源浪費
石墨烯被人們逐漸了解，是從2010年才開始的。隨后數年，石墨烯制備技術研發不斷升溫。據統計，華麗家族、德爾未來、東北證券、中國寶安、中泰化學等上市企業，已經通過收購、入股等形式進軍石墨烯領域。
國家將石墨烯作為戰略產業規劃，給了業內更多的期望。《中國制造2025年》明確提出，我國石墨烯產業到2020年將形成百億元的產業規模，2025年將達到千億元的產業規模。
然而，與上游研發熱、資本追逐熱等形成鮮明對比的是，其下游規模化應用卻頻頻遇冷。
中國國際石墨烯資源產業聯盟副秘書長趙猛日前表示：“石墨烯的投資像當年的造船、光伏，顯得過熱。”趙猛指出，在石墨烯的研究方面，當前我國有石墨烯相關企業、研究機構500多家，但主要作為添加劑使用，對傳統產業進行修補，而歐美的研究則主要集中在光電器件、傳感器、醫藥、環保材料等高端領域。
在今年舉辦的中加石墨烯產業及應用研討會上，中國非金屬礦工業協會石墨專委會副秘書長劉榮華則感嘆道：“近期，我們對石墨烯產業鏈進行了調研。調研發現，我國部分石墨烯企業仍受制于制備工藝不成熟、成本高、不穩定性等因素，從而導致其商業化應用推廣進程緩慢。”
業內人士指出，我國有近千家石墨企業，由于各種原因，這些企業濫采亂掘、采富棄貧、粗放經營、管理水平低導致大量石墨資源浪費。科技部有關人士透露：“如果按照目前的開采方式和速度，最多20年，國內已探明的石墨資源將消耗殆盡，屆時中國將從國外高價進口石墨，由石墨大國變成石墨貧國。”
同時，石墨烯也面臨制備成本高、產能低的瓶頸。在人們的普遍認識中，石墨烯是實驗室材料，昂貴的售價阻礙了它的普及。據了解，單層石墨烯1克售價曾達到上1000元。寧波墨西科技相關負責人曾表示，可以將石墨烯價格從1000元/克降到1元/克，但實際依然是理論數據。陳志認為：“當一種石墨烯材料具備了好的特性，是否具有較高的導電、導熱的特性，是否單片剝離，并且有幾層的，都決定了此石墨烯產品是否是高品質的材料，價格也會有不同。目前來看，我國的技術研發并沒有帶來價格上的突破與優勢。”
產業化還需加力
“目前資本市場將石墨烯捧成了‘上帝材料’，上市公司大都是處于虧損狀態，石墨烯市場虛火過旺。”工信部賽迪研究院原材料工業研究所所長肖勁松認為。
9月18日，中國國際石墨烯資源產業聯盟召開的研討會上，諾貝爾獎獲得者、曼徹斯特大學教授安德烈˙海姆指出，“由于制備和應用技術制約，石墨烯目前還不能大規模產業化，但石墨烯產業化前景可期。”據中國石墨烯產業聯盟的預計，目前全球石墨烯年產能達到百噸級，未來（5~10）年將達到千噸級。中國將在全球石墨烯產業中起到主導和核心作用。
“絕大部分成果還是處于實驗室階段，離投入產業還很遠。”陳志說，按照硅材料產業的成熟周期為20年推斷，石墨烯產業化成熟至少還需要（5~10）年，接下來，如何破局是關鍵。破局正迎來曙光。9月6日，中國首個石墨烯量產化基地在廈門投產，預計到2020年產能將達到5000噸，旨在全面改善石墨烯高價位低產能的狀況。“未來3年，我們將增加投資1億元，將研究所建設成為國家級石墨烯科研實驗室，進行產業化應用的深入研究，打造全球石墨烯應用科研高地。”該產業基地投資商恒力盛泰執行董事長陳木成說。
2015年底，國家發展改革委、工信部、科技部3部門發布了《關于加快石墨烯產業創新發展的若干意見》(以下簡稱《意見》)。《意見》提出，到2018年，石墨烯材料制備、應用開發、終端應用等關鍵環節良性互動的產業體系基本建立，產品標準和技術規范基本完善，到2020年，形成完善的石墨烯產業體系，形成若干家具有核心競爭力的石墨烯企業，建成以石墨烯為特色的新型工業化產業示范基地。
對此，陳志建議，從國家層面加大政策扶持力度，形成整個行業的差異化競爭。“避免不同區域省市的低水平重復建設；對地方政府來講，要引導石墨烯應用與當地產業規劃相結合，形成產業鏈上下游集聚效應，不斷拓寬產業應用面，完善產業園區的創新機制和創業服務；石墨烯創新企業要著力突破石墨烯材料的高質量穩定生產，構建示范應用的新領域新通道。”<
