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助龙江石墨从“平民”走向“贵族” 记哈尔滨工业大学教授袁国辉
2016-11-16 14:40:45 来源:黑龙江日报  作者:彭溢
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  黑龙江日报11月16日讯 从最初的天然石墨原材料开采,到深加工成锂离子电池负极材料,再到石墨烯复合导电浆料,石墨材料在市场上的售价从每吨几千元跃升至百万元以上,正成为我省经济转型发展的新动力。

  在石墨从“平民”到“贵族”华丽转身的过程中,凝结着龙江科研人员的智慧和心血,袁国辉就是其中的一位。

  袁国辉是哈尔滨工业大学化工与化学学院教授,研究天然石墨深加工及石墨新材料已接近30年,我省大大小小的石墨矿区他跑过无数个来回,可谓我省的“石墨通”。

  石墨是我省新材料产业中的“黄金级”成员,是现代工业极重要的战略性资源,其精深加工制品在国防、航天、电子、核电、环保、能源等诸多领域不可或缺。相比如今的炙手可热,20多年前袁国辉开始研究石墨时,它还是个“冷门”,我省石墨开采后多以“白菜价”出口。眼见有着“贵族”血亲的石墨,在我省却过着“平民”的生活,袁国辉心里很不是滋味。他暗下决心,要通过自己的研究助力龙江石墨产业提高附加值。

  袁国辉看到未来电动车对动力性能锂离子电池负极材料的大量需求,带领科研团队确定了通过对石墨微小颗粒进行形状处理及表面修饰,获得动力性能锂离子电池负极材料的科研方向。具体来说,是在石墨深加工的三个关键技术点进行创新,包括粒径小于12微米的天然石墨球形化、天然石墨选择性纯化技术和固液结合的新型包覆技术。其中的“重头戏”是粒径小于12微米的天然石墨球形化,因为“它是给锂离子电池提供动力的源泉,可大幅提高锂离子电池快充电快放电的性能”,袁国辉介绍。

  人的头发丝的直径约为60微米,而袁国辉要研究的球形石墨的粒径是头发直径的1/5,只有在高倍显微镜下,才能看到它的真面目。因此,实际的科研攻关异常复杂,如何控制好石墨粒径的大小成为最大的挑战。为保证石墨粒径大小的精准度,袁国辉对每个石墨的实验样本进行逐一分析,并要求多位课题组成员同时进行同一实验,比对最终实验结果。有的课题组成员不理解:要得到一个好的实验数据就得花费几个月甚至半年的时间,做重复实验岂不是浪费时间?每当这时候,袁国辉总是坚定地说,“科研最需要的就是严谨,多花些时间,值得!”

  功夫不负有心人。短短几年,袁国辉就带领科研人员解决了石墨负极材料中一系列重大关键问题。然而,在寻找企业对这些技术成果进行产业化的过程中,袁国辉碰了不少钉子。“石墨选了矿,卖了就可以赚钱,而要深加工,就得花钱上设备、聘科研人员,能不能成功还是个未知数。所以即使知道深加工能赚大钱,我省大多数石墨企业还是望而却步。”袁国辉回忆说。

  正在他苦恼之时,2011年,省科技厅按照国家科技部和省政府的部署,组织了石墨产业“院士专家龙江行”,经过近一个月的实地考察和综合论证,9位院士联名形成《关于在黑龙江省建立国家高新石墨产品开发、产业化与交易基地(“国际石墨谷”)的建议》,并上报国家。当年底,科技部决定由我省科技厅牵头研究国家石墨新材料产业发展规划及实施方案,并启动总概算预计1.5亿元的国家科技支撑计划项目。宝安集团、南海石油、中铁资源集团等大型企业纷纷来我省投资石墨深加工产业,袁国辉从中找到了合作伙伴。

  通过与中国宝安集团下属的鸡西市贝特瑞石墨产业园有限公司合作,袁国辉主持了国家科技支撑计划课题“新型负极材料制备技术及产业化研究”,实现了6~12微米鳞片石墨的球形化,球形化收率从传统工艺的40%提高到80%以上,大幅降低了资源消耗,提高了经济效益;研发了新型负极材料制备技术,使我国的鳞片石墨球形化技术、天然石墨负极材料制备技术达到国内外行业先进水平。并在鸡西市建成年产1000吨的新型负极材料生产线,产品已销往国内外主流锂离子电池生产企业,实现了商业化运营。

  2015年,袁国辉与中国宝安集团合作,创建了哈尔滨万鑫石墨谷科技有限公司。作为公司的首席专家,他带领技术人员在石墨烯产业化技术方面进行攻关,实现了天然石墨价格从每吨不足万元到每吨超过百万元的价值提升。2015年底,年产1000吨石墨烯导电浆料生产线建成,石墨烯导电浆料产品大规模销往国内外市场,在石墨烯材料的商业化生产方面走在了国内外前列。

  今年5月,习近平总书记来黑龙江考察调研期间,袁国辉向总书记介绍了我省石墨产业技术发展情况和哈尔滨万鑫石墨谷科技有限公司的石墨烯产品研发、生产、销售和未来的发展规划等,获得了总书记的高度肯定。“习总书记来考察后,我们更加坚定了打造全球重要石墨深加工产业技术中心的发展道路。现在我们积极扩大产能,年产1万吨石墨烯复合导电浆料的生产线正在建设中。”袁国辉对未来的发展充满了信心。

责任编辑:刘博