石墨烯新材料在电力能源领域的研发应用已取得新突破

我国是石墨烯研究和应用开发最活跃的国家之一，相关产业正进入高速发展期。中商产业研究院发布的《2025-2030年中国石墨烯行业调研分析及市场预测报告》显示，2024年中国石墨烯市场规模达到约411亿元。

记者近日了解到，目前石墨烯新材料在电力能源领域的研发应用已取得新突破，常温高导电复合材料具备产业化应用的基础。专家及业内人士认为，未来需进一步加强技术研发投入和人才储备，着力打造全产业链协同创新的产业生态。

拓宽产业发展新蓝海

在位于浙江温州乐清的物联网传感产业园，石墨烯新材料创新中心孕育着发展新动能。这里正重点培育常温高导超级铜粉、超级铜线、超级铜带材等产业化能力，以及复合线材等制备规模化、工业化能力，加速新材料的落地应用。

在新一轮产业升级和科技革命大背景下，新材料产业必将成为未来高新技术产业发展的基石和先导，对全球经济、科技、环境等各个领域发展产生深刻影响。在石墨烯产业技术创新战略联盟（CGIA）理事长李义春看来，石墨烯作为一种新型功能材料，具有广阔的应用前景。

石墨烯是由单层碳原子构成的蜂窝状二维原子晶体材料，稳定的结构赋予其独特的物理化学性质，尤其是超高载流子迁移率和极高的导热率，使石墨烯新材料在发挥其导热性和导电性的应用领域中为人们所青睐。

李义春介绍，根据石墨烯出众的性能特点，可以将其应用领域大致分为电子信息、能源储存与转换、复合材料、生物医药、环境工程等。在这些领域中，已经有一些石墨烯产品或原型得到了实验室验证或通过了小规模试验，如石墨烯晶体管、触摸屏、太阳能电池、超级电容器、导电油墨、传感器等。

目前，全球石墨烯年产量超过23000吨，全球有250多家公司将石墨烯材料商业化，这表明石墨烯市场正在不断扩大。据不完全统计，有80多个国家和地区在积极布局和推进石墨烯产业发展。多家权威市场分析机构预测，2023年至2028年，整个石墨烯产业规模的年均复合增长率将达到30%至45%。

“我国高度重视石墨烯的研发与产业化发展，从国家和地方层面在资金和政策上给予不断支持，研究和产业化进程基本与国际同步。”中国科学院院士刘忠范说，我国石墨烯论文发表、专利申请数量均占据全球总数的四分之三左右，相关企业数量超过5万家。

刘忠范认为，从国内情况来看，我国在石墨烯的基础研究和专利申请方面已经取得了世界领先的地位，有雄厚的人才储备和科技支撑，也有庞大的市场需求和政策扶持，因此拥有实现石墨烯产业化的优势和条件。

常温高导电材料研发取得新进展

经过8年研究攻关，正泰集团在常温高导电石墨烯铜复合材料领域已经取得了多项重要成果。“公司开发的高导电石墨烯复合材料在2024年8月的第三方导电率测试中取得了109.6%IACS（国际退火铜标准）的高性能结果，顺利达成了技术目标对材料导电性能的要求。”浙江省工商联主席、正泰集团董事长南存辉说。

据介绍，采用石墨烯化学气相沉积（CVD）生长技术，在制备高导电石墨烯铜复合材料时，通过控制各个铜石墨烯粉体制备工艺中的实验参数可以调整石墨烯与铜之间的结合力，铜粉上薄膜石墨烯的片层厚度在1至10层可控，薄膜石墨烯在铜粉表面的包覆率在30%至95%可调，导电率可实现108%IACS。

“其中，基于CVD铜粉石墨烯生长法制备的石墨烯铜复合材料已经成功应用到触点领域，并率先实现触点的产业化，打通了从原材料到复合材料再到触点产品的全产业链。”正泰集团副总裁王国荣说，目前新能源与电网领域的产线布局也已打通，产品陆续在充电枪、变压器、电线电缆等产品上进行试制。

在高导电石墨烯铜复合材料研发中，核心任务就是具有高性能优势的石墨烯铜复合材料的稳定制备，而其核心指标就是如何实现材料导电率的提升。

“在初步实现高导电石墨烯铜复合材料制备后，我们组建了三支团队、用三种方法来开发高导电石墨烯复合材料，在2021年初才逐渐找到了提高导电能力的关键影响因素，并逐步提升导电能力。”南存辉说。

中国电力科学研究院电工新材料研究所电工导体材料研究室主任丁一说，根据测算，导电率提高1%IACS，每公里输电线路每年可节能1000至2500度电。若采用对标银的108%IACS高导电石墨烯铜，按全国10千伏、220千伏及以上线路总长630万公里计算，每年可节约500亿至1260亿度电，年节电量相当于再造一座三峡大坝。

同时，石墨烯新材料与新兴业态的融合催生了更多应用场景。依托自主研发的超高导电石墨烯铜复合材料，正泰创新打造出高镍-硅碳、高镍-锂和锂硫体系电芯及模组产品，以及适用于光伏和风力电站、电网巡检维护场景的“幽影”无人机。产品不仅满足了长续航和极端环境的巡检需求，还在工业无人机市场中实现了最长120分钟的续航时间。

加快推动产业链协同创新

尽管目前研发应用已取得积极进展，但专家和业内人士认为，批量化制备技术、低成本剥离转移技术、统一的产品标准等仍不同程度制约石墨烯新材料产业化速度。

“未来，我们将从平台搭建、人才培育等角度夯实创新研发基础。”南存辉说，“一方面，进一步建立和发挥复合技术及设备研发、批量制备、性能检测、产品应用测试等平台在技术应用研发和技术转移转化方面的优势，加快关键技术成果的转化，同时，重视人才队伍建设及培养，坚持以产业化思维、工程化思维培养科创人才。”

石墨烯复合材料涉及多个环节，刘忠范等专家认为，应加强原材料供应商、石墨烯生产企业、应用企业之间的合作与协同。通过建立产业联盟、合作研发项目等方式，实现产业链的无缝对接，提高产业效率和竞争力。

以正泰集团的实践为例，在石墨烯复合材料触点产品开发中，以上海新池能源科技有限公司（以下简称“新池能源”）为主体，温州宏丰电工股份有限公司（以下简称“宏丰电工”）、福达合金材料股份有限公司（以下简称“福达合金”）和浙江正泰电器股份有限公司（以下简称“正泰电器”）协作，四家公司作为产品的产业链上下游公司，共同研发新材料新产品。

王国荣介绍，新池能源作为新材料的开发公司，提供新材料给宏丰电工和福达合金，后者将新材料加工成电工触点产品，然后送至正泰电器将触点组装到对应型号的开关中进行产品性能验证，验证结果反馈到新池能源，对验证结果进行分析总结，然后制定新的研发计划开展下一轮产品验证，直到性能达到产品要求。以这样的合作方式，经过长期的共同开发攻关，才实现了新产品的落地和批量化应用。

在畅通产学研合作机制方面，李义春认为，要通过市场价值引导，进一步构建“产-学-研-用”的新材料创新体系，充分发挥企业、高校、科研院所各自在基础研究、人才、技术方面的优势，协同攻克高导电石墨烯铜复合材料产业化制备、应用等关键技术，共同实现石墨烯新材料的产业化和应用推广。（记者 袁震宇 魏一骏）