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中能專訪 | 超級(jí)導(dǎo)線：石墨烯是答案還是幻想？

來源：中國(guó)電力報(bào) 時(shí)間：2025-09-05 17:17

——訪江蘇省常熟市合眾環(huán)保能源技術(shù)研究所所長(zhǎng) 沙永康

　　石墨烯，被譽(yù)為“新材料之王”，作為碳的一種同素異形體，以其優(yōu)秀的力學(xué)特性和超強(qiáng)導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性等材料特性，成為全球科研與產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新競(jìng)逐的前沿陣地。理論上，它是目前已知導(dǎo)電性最佳、強(qiáng)度最高且最輕薄的物質(zhì)——其電導(dǎo)率遠(yuǎn)超銅銀，強(qiáng)度是鋼的百倍，而厚度僅為一根頭發(fā)絲的二十萬分之一。

　　在新一輪產(chǎn)業(yè)升級(jí)和科技革命的背景下，新材料產(chǎn)業(yè)被視為推動(dòng)未來高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的基石與引擎。石墨烯因其多功能、多場(chǎng)景適用的特性，激發(fā)了人們對(duì)它廣泛應(yīng)用前景的無限想象。江蘇省常熟市合眾環(huán)保能源技術(shù)研究所所長(zhǎng)沙永康在接受中能傳媒采訪時(shí)表示，盡管產(chǎn)業(yè)化道路仍需跨越重重關(guān)卡，但石墨烯在電力領(lǐng)域，特別是輕量導(dǎo)線方面所展現(xiàn)的潛力巨大，它有望從根源上破解當(dāng)前輸電系統(tǒng)面臨的“增容與減重”難以兼得的核心矛盾。

　　中能傳媒：您認(rèn)為石墨烯導(dǎo)線對(duì)于中國(guó)電力行業(yè)最大的“誘惑”是什么？當(dāng)前推動(dòng)電網(wǎng)企業(yè)真正考慮應(yīng)用石墨烯導(dǎo)線的最大動(dòng)力是什么？

　　沙永康：當(dāng)前世界輸電網(wǎng)大都以銅電纜為主、鋁電纜為輔。我國(guó)新的特高壓輸電線路以鋁電纜為主，一是價(jià)低，二是輕量化。不足之處在于鋁電纜電阻大，導(dǎo)致輸電線路損耗大。輸電技術(shù)發(fā)展，世界各國(guó)都押注在超導(dǎo)體材料上，但目前仍在液氮溫區(qū)，只能在特殊場(chǎng)景應(yīng)用，而普通輸電網(wǎng)則無法實(shí)現(xiàn)。

　　若將石墨烯導(dǎo)體材料系統(tǒng)性地應(yīng)用于輸電線纜、連接件及開關(guān)觸頭等電力裝備中，可為輸電系統(tǒng)帶來多方面的提升：導(dǎo)線實(shí)現(xiàn)輕量化，便于高海拔和山區(qū)等地形復(fù)雜區(qū)域的運(yùn)輸與架設(shè)；連接部位電阻降低，開關(guān)觸頭運(yùn)行更穩(wěn)定、故障減少，從而整體提升輸電效率與系統(tǒng)可靠性，帶來更高的綜合應(yīng)用價(jià)值。

　　中能傳媒：我們注意到，行業(yè)里也有其他技術(shù)路線來解決輸電損耗和輕量化問題，能否請(qǐng)您介紹一下貴所選擇當(dāng)前這一技術(shù)路徑的初衷，以及它最為獨(dú)特的技術(shù)特征？

　　沙永康：我們團(tuán)隊(duì)在技術(shù)路徑上經(jīng)歷了一個(gè)重要的迭代和思考過程。早期，我們與行業(yè)普遍探索的方向類似，致力于將石墨烯與傳統(tǒng)的銅、鋁等金屬進(jìn)行復(fù)合，以期提升材料的電導(dǎo)率并降低線路損耗，也確實(shí)取得了一定的進(jìn)展。但我們發(fā)現(xiàn)，金屬載體在本質(zhì)上限制了石墨烯超導(dǎo)潛能的完全釋放。后來本所不再用金屬銅、鋁作為石墨烯導(dǎo)電體的載體，而是直接100%用石墨烯制導(dǎo)線，使石墨烯導(dǎo)電性能最大限度地釋放。

　　首先，在性能上，它不僅實(shí)現(xiàn)了導(dǎo)體重量的大幅降低（較傳統(tǒng)鋁纜減輕約50%），更因其近乎“純粹”的石墨烯導(dǎo)電通道，使得從發(fā)電端、輸電線路到終端變電設(shè)備的全流程低損耗傳輸成為可能，從系統(tǒng)層面提升了能源效率。其次，在安全性上，全碳導(dǎo)體的熔點(diǎn)極高，可超過3000攝氏度，其耐電弧和抗熔焊性能理論上優(yōu)于傳統(tǒng)的銅鎢、銀鎢等合金觸頭材料，為未來高可靠性開關(guān)設(shè)備提供了一種新的材料選擇。

　　中能傳媒：您了解到的國(guó)內(nèi)外對(duì)該領(lǐng)域的研究現(xiàn)狀如何？石墨烯導(dǎo)線要想實(shí)現(xiàn)大規(guī)模替代，又會(huì)面臨哪些困難？

　　沙永康：從全球來看，石墨烯在輸電領(lǐng)域的應(yīng)用研究都尚處于從實(shí)驗(yàn)室走向工程化的關(guān)鍵階段。國(guó)外像美國(guó)、歐盟、日韓，更多是大型化工企業(yè)或高校實(shí)驗(yàn)室在主導(dǎo)，側(cè)重于基礎(chǔ)材料學(xué)和制備工藝的突破，但與電網(wǎng)體系的結(jié)合緊密度相對(duì)較低。國(guó)內(nèi)的研究則更貼近應(yīng)用，除了我們所，不少高校和機(jī)構(gòu)也在積極探索，像是遠(yuǎn)東電纜有限公司在3年前就啟動(dòng)了石墨烯—銅復(fù)合材料的專項(xiàng)研發(fā)項(xiàng)目，目前已完成第三代產(chǎn)品的實(shí)驗(yàn)室驗(yàn)證。

　　然而，要從“試用”走向“大規(guī)模生產(chǎn)”，我們普遍面臨幾個(gè)核心困難：

　　第一是成本問題。高質(zhì)量、低缺陷率的石墨烯原料成本仍然高昂，且要形成千米級(jí)的連續(xù)、穩(wěn)定、均勻的拉絲制備能力，對(duì)工藝和設(shè)備的要求極高，其中的設(shè)備改造成本和能耗成本是產(chǎn)業(yè)化的首要障礙。

　　第二是標(biāo)準(zhǔn)與認(rèn)證體系的缺失。 電網(wǎng)安全是第一位，但目前針對(duì)純石墨烯導(dǎo)線的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、測(cè)試規(guī)范、驗(yàn)收流程幾乎是一片空白。我們需要與電網(wǎng)公司、電科院等機(jī)構(gòu)共同從頭建立起一整套可信、可靠的質(zhì)量評(píng)價(jià)體系，這是一個(gè)漫長(zhǎng)但必須完成的過程。

　　第三是供應(yīng)鏈生態(tài)的構(gòu)建。這并非單一材料或單一產(chǎn)品的突破，而是需要從原料、到線纜、再到連接件、開關(guān)設(shè)備一整條產(chǎn)業(yè)鏈的同步協(xié)同和創(chuàng)新，任何一個(gè)環(huán)節(jié)的滯后都會(huì)拖慢整體應(yīng)用的步伐。這需要國(guó)家層面的產(chǎn)業(yè)引導(dǎo)和產(chǎn)業(yè)鏈各環(huán)節(jié)龍頭企業(yè)的共同投入。（許婷）

　　責(zé)任編輯：江蓬新