張熊：高性能石墨烯基超級(jí)電容器的研究進(jìn)展

時(shí)間:2015-12-30 15:07來源:中國(guó)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(jí)電容器的特點(diǎn)，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(zhǎng)，安全性好，使用溫度范圍寬。
 
      其目前的應(yīng)用領(lǐng)域很廣泛，包括消費(fèi)電子、工業(yè)電子、汽車電子和新能源應(yīng)用，有很廣闊的應(yīng)用前景。包括大家談到應(yīng)用的領(lǐng)域，國(guó)家層次也是中長(zhǎng)期科學(xué)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(yīng)用，首先是發(fā)電，風(fēng)力發(fā)電包括光伏發(fā)電。因?yàn)榉謾C(jī)有一百多米高，我們要把維護(hù)費(fèi)降下來。這是風(fēng)光柴儲(chǔ)能系統(tǒng)，蓄電池混合用電網(wǎng)的一個(gè)功率，避免產(chǎn)生能量的浪費(fèi)，削減整個(gè)壽命。另外是軌道交通方面，整個(gè)儲(chǔ)電是20多個(gè)。磁懸浮列車制動(dòng)能量回收利用裝置，主要是我們前面的剎車制動(dòng)，總的回收效率是90%。
 
       超級(jí)電容器儲(chǔ)能的發(fā)展現(xiàn)狀和儲(chǔ)能市場(chǎng)是比較小的，包括在國(guó)外以及日本、韓國(guó)技術(shù)上的領(lǐng)先，是國(guó)際上的趨勢(shì)。前面有老師講到儲(chǔ)能機(jī)理，主要有兩類，混合類電容的目的是獲得一個(gè)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(bǔ)充部分，在目前也是有幾點(diǎn)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(dǎo)電率，有高的化學(xué)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(diǎn)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?yàn)槭翘岣叩揭粋�(gè)比表面積。第五個(gè)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(shí)際上制備的過程中是比較困難的。
 
       我們想做一個(gè)軟包裝的石墨烯基超級(jí)電容器，包括軟包裝的離子液體。石墨烯我發(fā)現(xiàn)一個(gè)致命的問題，有很多的孔洞結(jié)構(gòu)，實(shí)際上對(duì)于整個(gè)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(jìn)一步提高。這是我們通過軟包裝，是整個(gè)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(jìn)口的，主要是穩(wěn)定性的問題。這張圖片是我們對(duì)一些隔膜的研究，這是做了1100F軟包裝的活性炭基超級(jí)電容器，需要進(jìn)一步優(yōu)化。
 
       我們?nèi)嵝詢?chǔ)能器件，包括大量的儲(chǔ)能電池，人體的電子設(shè)備需要一個(gè)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(jí)電容器，通過把電解質(zhì)薄膜與復(fù)合水凝膠薄膜的反應(yīng)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(gè)小結(jié)，我們探討了采用化學(xué)還原法研究含氧官能基因?qū)κ╇娀瘜W(xué)性的分析。石墨烯材料在超級(jí)電容器儲(chǔ)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(jí)電容器的體積能量是非常難的。
 
       另外一個(gè)是石墨烯活性炭復(fù)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(guó)產(chǎn)化，另外是一個(gè)新材料和新體系的廣泛應(yīng)用。
 
       時(shí)間關(guān)系，我就報(bào)告到這里，謝謝大家！
 
 
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    2024-04-18 08:43
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