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    中國科學院研究所  張熊
   各位領導，各位專家，大家上午好！
    首先我簡單介紹一下電工所的基本情況，它是唯一從事工程研究的研究所。 超級電容器是做什么用的呢？主要是電網(wǎng)和低電的穿越，做一些儲能方面的應用。我們是從材料、器件、應用方面做了一些研究工作。前一段時間聽電工院的領導說超級電容器太貴了，對我們的打擊也是有一些的。聽各位老總給我們描述了非常好的前途，作為標準性的研究和工作，也是給了我們一些希望。
    大家也了解了一些，我們做學術會議的話，基本上鋰電池會議是好幾個會場，超級電容器跟其他電池就混在一起了，說明鋰電池是在國內(nèi)比較熱門的行業(yè)。
    但是我們這個行業(yè)發(fā)展也是有一定空間的，國家重視的話，研發(fā)經(jīng)費也投入比較多，對我們的研究也是幫助的。因為我們是做動力型鋰電池的，對我們也很嚴峻的挑戰(zhàn)。所以說對產(chǎn)業(yè)的研究和發(fā)展，也需要我們繼續(xù)往前努力。
    材料主要是分碳材料、金屬氧化物和導電聚合物。如果我的電極材料做到兩百或者三百，實際上我們領導也是看到了報道，兼顧高能量密度和功率度。我們跟國外的技術差別也是很大的，一味的追求高能量密度的話，功率密度是達不到好的效果的。
    另外是電解液，早期是水系電解液發(fā)展到有機電解液，在日本已經(jīng)禁止出售超級電容器了。另外是離子液體，當然它是一種液態(tài)的。電導率高的話我們做超級電容器還是可以接受的，最突出的特點是點化學窗口比較寬。
    我們做研究是比較關注怎么提高超級電容器性能，右邊的公式大家是很熟悉的。電壓主要是電池的構造、電極材料等等。電池性能一定是可用的，還要考慮到循環(huán)壽命，我們也是從這些方面做研究工作的。
    這是我們電工所的研究工作，與多孔石墨烯也有聯(lián)系。這是英國科學家發(fā)現(xiàn)的，還獲得了諾貝爾物理學獎。歐盟也提出了石墨烯的計劃，整個是十億歐元的資助，主要是針對能源領域的石墨烯研究。我們也十分關注石墨烯的優(yōu)勢，但是石墨烯堆積的，這就大大減少了比表面積，實際上可利用的電容性會減少。
    這個也是我們比較擅長的，活性炭多孔石墨烯。我們采取了將金屬鎂條在二氧化碳氣體中點燃并放在碳酸氫銨溶液中，成功制備出高質量且含有大量介孔結構的石墨烯材料，燃燒25G鎂條得到1G石墨烯。
    再一個是對超級電容器在離子液體下電解液下能量密度最高做到51WH/KG，我們做實驗發(fā)現(xiàn)它是一個耗時，并且也是費力的過程，放到二氧化碳氣體下燃燒可以提供材料，另外我們也驚喜的發(fā)現(xiàn)通過控制不同反應溫度，可以實現(xiàn)不同結構碳納米材料的可控制備。碳材料比表面積和孔結構是最大的因素，比表面積做到762平米每克，現(xiàn)在可以做到80WH/KG，規(guī)律密度高大20WH/KG，能量密度仍保持33WH-KG。
    我們不能回避的問題是石墨烯密度太小，采用石墨烯活性炭復合在上面，也可以達到很好的性能。我們離子液體受溫度的影響是很大的，高溫的時候比表面積升上去了，當然也是正極和負極材料的指標。把石墨烯活性炭混合的話，顯著的改善了超級電容器性能，鋰電池也是這樣去做的，可能這是一個發(fā)展的趨勢。
    第二部分主要是講超級電容器國產(chǎn)化技術的研究，各位領導也說包括我們自己調(diào)研了超級電容器關鍵材料的現(xiàn)狀。根據(jù)我們自己的經(jīng)驗到的一些資料，活性炭是日本可樂麗的，粘結劑也是日本GSR的。有機電解液是新宙邦，隔膜是日本NKK，導電劑是瑞士Timcal，集流體是日本JCC的。所以我們想的是這種關鍵材料國產(chǎn)的行不行呢？ 活性炭電極材料與河南滑縣大潮林合作，比表面積1878平米每克，孔容是0.89立方厘米每克，微孔孔融是0.45立方厘米每克。我們發(fā)現(xiàn)這張圖比電容比YP-50F高，內(nèi)阻比YP-50F低。但是也存在一些問題，某些指標確實是不比日本的差多少，國內(nèi)一些廠商也在批量的用活性炭了。另外是粘結劑，一個是PVdF/NMP，還有一個是PTFE、CMC+SBR，LA135是中科院成都有機所研制的國產(chǎn)粘結劑，成本很低，也基本上沒有什么傷害。
   活性炭電極片以LA135作為粘結劑，導電添加劑在活性炭表面均勻分散�；钚蕴侩姌O片的熱穩(wěn)定性能，采用LA135與其他粘結劑相比，所制備的活性炭電極片熱穩(wěn)定性能最好。電化學性能的比較采用L135作為粘結劑制備的活性炭電極比電容最高，內(nèi)阻居中循環(huán)1萬次容量保持率為92.3%的保持率。
    電解液也是我們關注的領域，與北京化學試劑研究所合作開發(fā)的新型有機電解液，目前可以做到3.0V，具有非常好的雙電層電容特性，2.5V到3.5V，充、換電的效果很好。我們也做了3V電壓窗口下電化學性能比較，144F/G倍率特性好，超級電容器比電容保持率和庫侖效率與循環(huán)次數(shù)的關系比較，循環(huán)壽命還需要進一步優(yōu)化。在前面研究的基礎上，也是嘗試的做了一些大容量的活性炭及超級電容器的制備技術，我們有活性炭電極片200F器件的能量密度8.8WH/KG，最大功率密度10KW/KG，+1100F軟包裝超級電容器，能量密度達到6.9WH/KG。
    第三個講一下新一代超級電容器 ，我們想做一個正極和負極的電池儲能器件，能量密度36.2WH/KG，功率密度達到3WK/KG。我們也看到另外一點是自放電，我認為是超級電容器的一個缺點。據(jù)我了解超級電容器真正用的時候，要有電源給超級電容充電，才可以，然而是它本質的因素還是其他原因造成的自放電，這個問題值得研究。
   然而如何提高功率密度呢？首先要做三角形的充放電曲線，我們發(fā)現(xiàn)負極對功率性能影響非常大，可以利用負極平臺附近的電位區(qū)間，從而提高器件工作電壓和能量密度，通過一些循環(huán)壽命的測試，現(xiàn)在做到了兩萬次。
最后講一下系統(tǒng)集成及應用，早期主要是太陽能路燈中的應用，另外是1千瓦的光伏的超級電容器系統(tǒng)。磁浮列車制動能量回收裝置，可以達到90%能量的回收。儲能單元內(nèi)含120只儲能單元，達到了能量回收的效果。另外一個是超級電容器動態(tài)電壓恢復期，超級電容器時間常數(shù)約為1S，設計補償時間約為2S。為滿足各種能量包可以用于微電網(wǎng)的超級電容器蓄電池復合儲能裝置。儲能單元有20只，165F、48V的模組，鉛酸電池的儲能成本21.4%。
從以上幾個方面來講，石墨烯材料仍是下一步研究重點。國產(chǎn)化技術也是發(fā)展具有自主知識產(chǎn)權的制備技術。再一個是充分發(fā)揮超級電容器的長壽命、高功率密度、工作溫度和安全等方面的優(yōu)勢。加強超級電容器系統(tǒng)集成，應用開發(fā)的投入，積極宣傳其能效。
 
    
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