中国科学院研究所  张熊
   各位领导，各位专家，大家上午好！
    首先我简单介绍一下电工所的基本情况，它是唯一从事工程研究的研究所。 超级电容器是做什么用的呢？主要是电网和低电的穿越，做一些储能方面的应用。我们是从材料、器件、应用方面做了一些研究工作。前一段时间听电工院的领导说超级电容器太贵了，对我们的打击也是有一些的。听各位老总给我们描述了非常好的前途，作为标准性的研究和工作，也是给了我们一些希望。
    大家也了解了一些，我们做学术会议的话，基本上锂电池会议是好几个会场，超级电容器跟其他电池就混在一起了，说明锂电池是在国内比较热门的行业。
    但是我们这个行业发展也是有一定空间的，国家重视的话，研发经费也投入比较多，对我们的研究也是帮助的。因为我们是做动力型锂电池的，对我们也很严峻的挑战。所以说对产业的研究和发展，也需要我们继续往前努力。
    材料主要是分碳材料、金属氧化物和导电聚合物。如果我的电极材料做到两百或者三百，实际上我们领导也是看到了报道，兼顾高能量密度和功率度。我们跟国外的技术差别也是很大的，一味的追求高能量密度的话，功率密度是达不到好的效果的。
    另外是电解液，早期是水系电解液发展到有机电解液，在日本已经禁止出售超级电容器了。另外是离子液体，当然它是一种液态的。电导率高的话我们做超级电容器还是可以接受的，最突出的特点是点化学窗口比较宽。
    我们做研究是比较关注怎么提高超级电容器性能，右边的公式大家是很熟悉的。电压主要是电池的构造、电极材料等等。电池性能一定是可用的，还要考虑到循环寿命，我们也是从这些方面做研究工作的。
    这是我们电工所的研究工作，与多孔石墨烯也有联系。这是英国科学家发现的，还获得了诺贝尔物理学奖。欧盟也提出了石墨烯的计划，整个是十亿欧元的资助，主要是针对能源领域的石墨烯研究。我们也十分关注石墨烯的优势，但是石墨烯堆积的，这就大大减少了比表面积，实际上可利用的电容性会减少。
    这个也是我们比较擅长的，活性炭多孔石墨烯。我们采取了将金属镁条在二氧化碳气体中点燃并放在碳酸氢铵溶液中，成功制备出高质量且含有大量介孔结构的石墨烯材料，燃烧25G镁条得到1G石墨烯。
    再一个是对超级电容器在离子液体下电解液下能量密度最高做到51WH/KG，我们做实验发现它是一个耗时，并且也是费力的过程，放到二氧化碳气体下燃烧可以提供材料，另外我们也惊喜的发现通过控制不同反应温度，可以实现不同结构碳纳米材料的可控制备。碳材料比表面积和孔结构是最大的因素，比表面积做到762平米每克，现在可以做到80WH/KG，规律密度高大20WH/KG，能量密度仍保持33WH-KG。
    我们不能回避的问题是石墨烯密度太小，采用石墨烯活性炭复合在上面，也可以达到很好的性能。我们离子液体受温度的影响是很大的，高温的时候比表面积升上去了，当然也是正极和负极材料的指标。把石墨烯活性炭混合的话，显著的改善了超级电容器性能，锂电池也是这样去做的，可能这是一个发展的趋势。
    第二部分主要是讲超级电容器国产化技术的研究，各位领导也说包括我们自己调研了超级电容器关键材料的现状。根据我们自己的经验到的一些资料，活性炭是日本可乐丽的，粘结剂也是日本GSR的。有机电解液是新宙邦，隔膜是日本NKK，导电剂是瑞士Timcal，集流体是日本JCC的。所以我们想的是这种关键材料国产的行不行呢？ 活性炭电极材料与河南滑县大潮林合作，比表面积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。我们发现这张图比电容比YP-50F高，内阻比YP-50F低。但是也存在一些问题，某些指标确实是不比日本的差多少，国内一些厂商也在批量的用活性炭了。另外是粘结剂，一个是PVdF/NMP，还有一个是PTFE、CMC+SBR，LA135是中科院成都有机所研制的国产粘结剂，成本很低，也基本上没有什么伤害。
   活性炭电极片以LA135作为粘结剂，导电添加剂在活性炭表面均匀分散。活性炭电极片的热稳定性能，采用LA135与其他粘结剂相比，所制备的活性炭电极片热稳定性能最好。电化学性能的比较采用L135作为粘结剂制备的活性炭电极比电容最高，内阻居中循环1万次容量保持率为92.3%的保持率。
    电解液也是我们关注的领域，与北京化学试剂研究所合作开发的新型有机电解液，目前可以做到3.0V，具有非常好的双电层电容特性，2.5V到3.5V，充、换电的效果很好。我们也做了3V电压窗口下电化学性能比较，144F/G倍率特性好，超级电容器比电容保持率和库仑效率与循环次数的关系比较，循环寿命还需要进一步优化。在前面研究的基础上，也是尝试的做了一些大容量的活性炭及超级电容器的制备技术，我们有活性炭电极片200F器件的能量密度8.8WH/KG，最大功率密度10KW/KG，+1100F软包装超级电容器，能量密度达到6.9WH/KG。
    第三个讲一下新一代超级电容器 ，我们想做一个正极和负极的电池储能器件，能量密度36.2WH/KG，功率密度达到3WK/KG。我们也看到另外一点是自放电，我认为是超级电容器的一个缺点。据我了解超级电容器真正用的时候，要有电源给超级电容充电，才可以，然而是它本质的因素还是其他原因造成的自放电，这个问题值得研究。
   然而如何提高功率密度呢？首先要做三角形的充放电曲线，我们发现负极对功率性能影响非常大，可以利用负极平台附近的电位区间，从而提高器件工作电压和能量密度，通过一些循环寿命的测试，现在做到了两万次。
最后讲一下系统集成及应用，早期主要是太阳能路灯中的应用，另外是1千瓦的光伏的超级电容器系统。磁浮列车制动能量回收装置，可以达到90%能量的回收。储能单元内含120只储能单元，达到了能量回收的效果。另外一个是超级电容器动态电压恢复期，超级电容器时间常数约为1S，设计补偿时间约为2S。为满足各种能量包可以用于微电网的超级电容器蓄电池复合储能装置。储能单元有20只，165F、48V的模组，铅酸电池的储能成本21.4%。
从以上几个方面来讲，石墨烯材料仍是下一步研究重点。国产化技术也是发展具有自主知识产权的制备技术。再一个是充分发挥超级电容器的长寿命、高功率密度、工作温度和安全等方面的优势。加强超级电容器系统集成，应用开发的投入，积极宣传其能效。
 
    
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