石墨烯儲能高性能超級電容器技術開發(fā)取得重大進展

　　石墨烯被譽為“改變21世紀的神奇材料”，且因其獨特的電學、力學、熱學和光學性能及較高比表面積，近年來受到極大重視。歐美各國政府和IBM、巴斯夫、拜耳、空客和三星等公司均在積極部署石墨烯及其應用技術研發(fā)。石墨烯還被列入中國新材料產(chǎn)業(yè)“十三五”規(guī)劃，進一步明確了其國家層面的戰(zhàn)略地位。其中，石墨烯儲能應用受到格外關注，有望帶來儲能技術“顛覆性”突破。

　　2014年，中科院山西煤炭化學研究所聯(lián)合山西三維集團股份有限公司，通過公開招標共同承擔了“石墨烯儲能-高性能超級電容器技術開發(fā)”煤基低碳重點科技攻關計劃項目。本項目基于先進石墨烯材料，秉持“料要成材、材要成器、器要成用”的研發(fā)理念，通過石墨烯復合電極材料開發(fā)、超級電容器組裝與應用示范，打造石墨烯儲能應用創(chuàng)新鏈。

　　項目立項以來，煤化所與晉能集團產(chǎn)研合作，開發(fā)了石墨烯低成本可控生產(chǎn)技術，突破氧化石墨可控合成、純化和熱還原技術難題，研制出高效純化和連續(xù)膨化爐等專用設備。完成噸級中試示范，形成10噸級工藝軟件包。產(chǎn)品經(jīng)清華大學和中科院電工所第三方檢測，石墨烯粉體比表面積>600m2/g，純度>99.9wt%，技術指標國內(nèi)遙遙領先，引領了中國高品質石墨烯生產(chǎn)技術。同時，煤化所與三維集團聯(lián)合，建成國際先進的儲能器件無塵組裝中試平臺。開發(fā)了綠色環(huán)保、低能耗的水系電極制備工藝，解決了一直以來困擾石墨烯應用的分散問題，掌握了石墨烯電極漿料制備技術，成本降低25%。突破電極材料均勻可控涂布技術，形成高質量極片，研制了大功率柱狀和疊片式電芯，為石墨烯超級電容器示范應用提供了保障。所研制的石墨烯超級電容器可實現(xiàn)大功率(>7kW/kg)、快速(2分鐘內(nèi))充放電，同時具有循環(huán)壽命長(>20萬次)等優(yōu)點。產(chǎn)品將推廣應用于純電動公交車、混合動力汽車和軌道交通能量回收等領域，同時作為有功補償和能量儲存元件，應用于光伏等新能源并網(wǎng)、風電變槳及智能電網(wǎng)等領域。

　　本項目的技術突破，確立了石墨烯儲能技術在國內(nèi)外的優(yōu)勢地位，為石墨烯從“制造”到相關高性能產(chǎn)品的“創(chuàng)造”形成了良好開端,將助力山西省乃至我國新能源產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。