石墨烯被认为是材料学中最重要的突破之一，从发现至今，这种神奇材料总在被大肆炒作，却并没有发挥出应有的潜力。其实，石墨烯的市场应用难度要比所谓的“太空电梯”小得多，比如它可以将水泥生产的碳排放减少20%，还可以制造出更便宜 更强大的电动汽车电池。这期就让我们走近石墨烯。

CVD技术示意图

那么，石墨烯真的只是未兑现的承诺吗？并不是，在一些领域已经看到了石墨烯的身影，因为石墨烯是光和电的杰出导体，所以它也是一种优质的散热材料。例如，华为的最新款智能手机就采用了石墨烯作为热敏散热薄膜，英国一家照明公司也在使用石墨烯来解决LED灯的散热问题。除此之外，石墨烯也可以用于化学防潮和防腐以及耐火性保护涂层。例如，我们中国的一家企业就生产出了多种石墨烯产品，用于海上风力涡轮机的防腐。与氧化锌底漆相比不仅价格更具竞争力，因为减少了锌粉的用量，还可以有效延长涡轮机的使用寿命。

而我认为，石墨烯最大的优势则在于建筑领域，一家位于澳大利亚的公司则把目光投向了水泥和混凝土行业，要知道水泥的碳排放量约占全球二氧化碳排放总量的8%-10%，这也是第26届联合国气候变化大会要求水泥行业采取脱碳行动的主要原因。并要求到2030年，水泥行业的碳排放量要减少25%，那么在这其中石墨烯起到了什么作用呢？水泥的生产离不开旋转的水泥罐，生料被燃烧并煅烧成一种被称为熟料的物质，它们被用作水泥的粘合剂，在这个过程中需要消耗大量电力，理论上说每制造1吨熟料，就会产生800KG-900KG二氧化碳。

水泥厂污染

因此，石墨烯最先要解决的就是提高水泥的研磨效率，这主要是基于电化学剥离产生石墨烯在通电时，它们会被嵌入到碳层中，在那里产生气体使得单个石墨烯片膨胀并剥落，从而免去了使用胶带的局限，这个方法可以生成5-20微米大小的石墨烯薄片，只需要混凝土总量的0.01%，就可以有效提高抗拉和抗压强度，降低了重量和开裂的可能，它不仅能提高34%的抗压强度27%的抗拉强度，还可以有效延长使用寿命，并减少20%的熟料使用。这套方案，能有效减少18%-20%的二氧化碳排放，在汽车制造航天航空等领域，这套方案同样适用。

在电池领域，石墨烯同样大有作为，通过在硅阳极部件中加入石墨烯，可以让它的能量密度相比于普通石墨阳极高出10倍达到400mAh/g，硅阳极主要有3个问题，第一容易降解，第二低固有电导率，第三充电速度较慢。但在加入了石墨烯后，这些问题都可以被缓解。除此之外，石墨烯还可以用于能源储存，以减少锂电池中枝晶问题的出现，从而有效降低火灾风险，结合新的正极材料的运用，例如NMC811来打开电池能量密度的大门，新技术电池的能量密度有望达到350WH/KG，而造价可能会低于$100/KWH。

石墨烯电池

那么，有没有更有效的石墨烯提取方案呢？研究人员发现可以用一氧化碳作为碳源，来生产高质量的石墨烯，这种方法不仅成本低而且还有着很高的效率。在全球范围内，石墨烯有着很广泛的前景。2021年，石墨烯的市场份额为3.88亿美元，预计到2028年这一数值将高达40亿美元，增长率为39.8%。影响石墨烯全面推广的最大阻碍依旧是成本，尽管它的价格已经从2010年的$10000/g下降到2022年的$100/g，但它仍旧是一种昂贵的材料。

那么，你认为石墨烯会改变能源储存和建筑行业吗？它真的会得到普及吗？