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張熊：高性能石墨烯基超級電容器的研究進展

時間:2015-12-30 15:07來源:中國電池聯(lián)盟作者:西顧

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各位專家下午好！

目前，大家都清楚超級電容器的特點，與傳統(tǒng)電容器比具有較高的能量密度。與蓄電池比具有高的功率密度，充放電效率高，循環(huán)壽命長，安全性好，使用溫度范圍寬。

其目前的應用領(lǐng)域很廣泛，包括消費電子、工業(yè)電子、汽車電子和新能源應用，有很廣闊的應用前景。包括大家談到應用的領(lǐng)域，國家層次也是中長期科學發(fā)展綱要，也是重要的前沿技術(shù)。

我們電工所主要是在電力行業(yè)中的應用，首先是發(fā)電，風力發(fā)電包括光伏發(fā)電。因為分機有一百多米高，我們要把維護費降下來。這是風光柴儲能系統(tǒng)，蓄電池混合用電網(wǎng)的一個功率，避免產(chǎn)生能量的浪費，削減整個壽命。另外是軌道交通方面，整個儲電是20多個。磁懸浮列車制動能量回收利用裝置，主要是我們前面的剎車制動，總的回收效率是90%。

超級電容器儲能的發(fā)展現(xiàn)狀和儲能市場是比較小的，包括在國外以及日本、韓國技術(shù)上的領(lǐng)先，是國際上的趨勢。前面有老師講到儲能機理，主要有兩類，混合類電容的目的是獲得一個高的比能量。前面的專家也講過，主要的問題是在大功率領(lǐng)域，電器材料是超電的補充部分，在目前也是有幾點材料，包括炭材料和金屬氧化物。另外是電解液的問題，成本雖然比較低，電壓也比較低，離子液體是在室溫下的。石墨烯大家多很清楚，超大理論比表面積，有高的導電率，有高的化學穩(wěn)定性。

前期我們制備石墨烯，最經(jīng)典的方法是氧化石墨，然后再剝離還原，難點是高分散性和高穩(wěn)定性的石墨烯的還原。包括我們現(xiàn)在的活性炭材料，在石墨烯方面，制備一些多孔石墨烯，因為是提高到一個比表面積。第五個是結(jié)構(gòu)可控多孔納米炭材料的宏亮制備，前面我們發(fā)現(xiàn)了石墨烯的體積比例比較小，實際上制備的過程中是比較困難的。

我們想做一個軟包裝的石墨烯基超級電容器，包括軟包裝的離子液體。石墨烯我發(fā)現(xiàn)一個致命的問題，有很多的孔洞結(jié)構(gòu)，實際上對于整個器械來說，吸附了大量的電解液，發(fā)現(xiàn)體積的壓縮密度是比較低的，目前只有0.33，活性炭0.5以上，需要進一步提高。這是我們通過軟包裝，是整個器件的性能。主要是器械產(chǎn)量，7%到16%，包括李總說的至少是25%以上的活性物質(zhì)。

我們另外也做了一些工作，分析了目前的一些電解材料，很多是屬于日本的，關(guān)鍵的材料也是需要進口的，主要是穩(wěn)定性的問題。這張圖片是我們對一些隔膜的研究，這是做了1100F軟包裝的活性炭基超級電容器，需要進一步優(yōu)化。

我們?nèi)嵝詢δ芷骷ù罅康膬δ茈姵兀梭w的電子設備需要一個高容量的，這是我們最近做的手環(huán)。我們還做了基于水凝膠的繼承式固態(tài)柔性超級電容器，通過把電解質(zhì)薄膜與復合水凝膠薄膜的反應來看，組成一體式的柔性。另外，通過串聯(lián)和并聯(lián)提高功率的輸出。

最后做一個小結(jié)，我們探討了采用化學還原法研究含氧官能基因?qū)κ╇娀瘜W性的分析。石墨烯材料在超級電容器儲能中體現(xiàn)非常好的性能而且石墨烯粉體材料由于體積蓬松、密度小，面積涂抹非常困難，如何提高石墨烯超級電容器的體積能量是非常難的。

另外一個是石墨烯活性炭復合電容器角度，也是可取的一種策略。一些關(guān)鍵技術(shù)和活性炭來說，主要是怎么提高國產(chǎn)化，另外是一個新材料和新體系的廣泛應用。

時間關(guān)系，我就報告到這里，謝謝大家！

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