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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，循環壽命長，安全性好，使用溫度范圍寬。

其目前的應用領域很廣泛，包括消費電子、工業電子、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域，國家層次也是中長期科學發展綱要，也是重要的前沿技術。

我們電工所主要是在電力行業中的應用，首先是發電，風力發電包括光伏發電。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，蓄電池混合用電網的一個功率，避免產生能量的浪費，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展現狀和儲能市場是比較小的，包括在國外以及日本、韓國技術上的領先，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，有高的化學穩定性。

前期我們制備石墨烯，最經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定性的石墨烯的還原。包括我們現在的活性炭材料，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。第五個是結構可控多孔納米炭材料的宏亮制備，前面我們發現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。石墨烯我發現一個致命的問題，有很多的孔洞結構，實際上對于整個器械來說，吸附了大量的電解液，發現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。主要是器械產量，7%到16%，包括李總說的至少是25%以上的活性物質。

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，關鍵的材料也是需要進口的，主要是穩定性的問題。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，需要進一步優化。

我們柔性儲能器件，包括大量的儲能電池，人體的電子設備需要一個高容量的，這是我們最近做的手環。我們還做了基于水凝膠的繼承式固態柔性超級電容器，通過把電解質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，通過串聯和并聯提高功率的輸出。

最后做一個小結，我們探討了采用化學還原法研究含氧官能基因對石墨烯電化學性的分析。石墨烯材料在超級電容器儲能中體現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。一些關鍵技術和活性炭來說，主要是怎么提高國產化，另外是一個新材料和新體系的廣泛應用。

時間關系，我就報告到這里，謝謝大家！

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