山西省石墨烯储能-高性能超级电容器技术开发取得重大进展

 

  石墨烯被誉为“改变21世纪的神奇材料”，且因其独特的电学、力学、热学和光学性能及较高比表面积，近年来受到极大重视。欧美各国政府和IBM、巴斯夫、拜耳、空客和三星等公司均在积极部署石墨烯及其应用技术研发。石墨烯还被列入中国新材料产业“十三五”规划，进一步明确了其国家层面的战略地位。其中，石墨烯储能应用受到格外关注，有望带来储能技术“颠覆性”突破。
    2014年，中科院山西煤炭化学研究所联合山西三维集团股份有限公司，通过公开招标共同承担了“石墨烯储能-高性能超级电容器技术开发”煤基低碳重点科技攻关计划项目。本项目基于先进石墨烯材料，秉持“料要成材、材要成器、器要成用”的研发理念，通过石墨烯复合电极材料开发、超级电容器组装与应用示范，打造石墨烯储能应用创新链。
    项目立项以来，煤化所与晋能集团产研合作，开发了石墨烯低成本可控生产技术，突破氧化石墨可控合成、纯化和热还原技术难题，研制出高效纯化和连续膨化炉等专用设备。完成吨级中试示范，形成10吨级工艺软件包。产品经清华大学和中科院电工所第三方检测，石墨烯粉体比表面积>600m2/g，纯度>99.9wt%，技术指标国内遥遥领先，引领了中国高品质石墨烯生产技术。同时，煤化所与三维集团联合，建成国际先进的储能器件无尘组装中试平台。开发了绿色环保、低能耗的水系电极制备工艺，解决了一直以来困扰石墨烯应用的分散问题，掌握了石墨烯电极浆料制备技术，成本降低25%。突破电极材料均匀可控涂布技术，形成高质量极片，研制了大功率柱状和叠片式电芯，为石墨烯超级电容器示范应用提供了保障。所研制的石墨烯超级电容器可实现大功率（>7kW/kg）、快速（2分钟内）充放电，同时具有循环寿命长（>20万次）等优点。产品将推广应用于纯电动公交车、混合动力汽车和轨道交通能量回收等领域，同时作为有功补偿和能量储存元件，应用于光伏等新能源并网、风电变桨及智能电网等领域。
    本项目的技术突破，确立了石墨烯储能技术在国内外的优势地位，为石墨烯从“制造”到相关高性能产品的“创造”形成了良好开端,将助力山西省乃至我国新能源产业的发展。