中国科学院山西煤炭化学研究所  苏远方

大家上午好，首先感谢协会给我们这个机会把我们做的研发工作做一个汇报。我们在电容器行业属于一个新人，和各位前辈交流使我们受益匪浅，感谢大家！
    我的报告分两个部分，首先把我们所石墨烯中试技术的研究进展介绍一下，结合我们所的石墨烯开发的一些电容器复合材料做一下介绍。
    我们是中国科学院下面的一个研究所，在山西太原。我们单位是1954年成立的，当时叫煤炭研究室，隶属于现在的中科院大连化物所，后来搬到了山西太原。大家觉得太原的环境可能不是特别好，但是我们所内部的绿化环境还是可以的。我们所的研究方向一个是煤，一个是炭。煤是转化为主，炭是新型材料的开发，是中科院重点材料实验室，石墨烯是我们主要的一个研究方向，除了石墨烯之外还有一些碳纤维、活性炭以及其他的新型材料，这么多年来也是完成了很多国家的任务。
    我们所和张博士的电工所、大连所和化物所不一样，我们主要是做中试这一块。除了我们主体园区，在太原还有一个中试基地。
    石墨烯的中试是从2012年开始的，当时我们中科院文化所出了石墨烯方面的技术，太原市政府投入了五百万引导资金，山西煤销集团投入了两千万。我们很早就开始做这个了，但是宣传不到位，大家了解的可能不太多。
    从技术方面介绍一下我们石墨烯的情况，现在做石墨烯有很多不同的技术手段，做出来的石墨烯在品质和价格方面有很多的差异，从而决定了它的应用场合。比如说原料液相剥离是面向储能应用的唯一规模化途径，像透明膜、导热膜都是用CVD方法来生产的。我们采用的液相剥离主要用石墨烯，这个批量化、生产化相对容易控制一些。我们采用石墨烯氧化还原方法制备的，通过各种酸的氧化差层得到了氧化石墨。要得到石墨烯有两条路径，一个是把氧化石墨进行超声剥离达到氧化石墨烯。
    通过氧化石墨直接采用热膨胀快速升温法直接得到石墨烯，这个技术看起来相对简单一些，但是实际过程中还是遇到很多困难。比如说一些防腐处理，后续的水洗、杂质提纯、热控制等等。虽然它的结构被破坏了，然而很多场合恰恰需要一些不是那么完整的结构。
    我们从2007年开始就在实验室开展石墨烯研究，每天20K左右。当时诺贝尔奖还没有出来，研究方法不是很多，国内高校和部分企业提供一些样品。到了2012年的时候，把各个参数、工艺条件掌握以后，开展小试的一个研究，然后开始转化成中试方面的研究。目前，中试线有一到两公斤的产量。
    我们的石墨烯产品，是100升的孔，石墨烯只有350K，很多老师都提到单纯用石墨烯作为超级电容器材料，在体积能量密度上会有一些问题。目前科研产品还在做，国外一些研究机构在用。同时，还有一些氧化石墨烯的能力。现在大家听到都是吨级、上百吨年产量的。因为现在石墨烯的应用上不是特别明朗，真正做到那么大的规模，我们现在还没有打算。现在主要的精力放在石墨烯品质的提高上，再一个就是稳定化供应改善。
    石墨烯超薄的结构纯度大于99.8，比表面积是六百到八百，堆积密度3到4，平均层数控制在4层左右。
     前面讲的是石墨烯的情况介绍，今天主要是咱们电容器的会议，石墨烯的应用我就不展开讲了。
这里我想讲一下电容器方面的作用，我前面也提到了，更多是想从原料、材料、器件方面打通。石墨烯电容器很多文章报道非常的多，很多数据看起来也是非常的恐怖，大家觉得有时候不知道怎么回事。
    从石墨烯到电容器来讲，因为现在从原料到石墨烯方面我们比较有信心。我们可以根据要求定制，可以研发出不同的比表面积、化学、层数等。但是电容器里面到底需要什么样的石墨烯，这个石墨烯是不是单层特别好？表面什么样的缺陷会引起电解液的反应？什么样的缺陷会带来能量存储的作用？通过掺杂氮对它有什么影响？这个是我们石墨烯推向应用的时候，首先考虑的问题。
    还有一个是从材料到器件，并不是我们材料做的比较好，个参数控制的好做出来的电容器就特别好，我们认为这不是必然的。真正做石墨烯的时候，石墨烯加入到电极当中，根据我们常规的制备手段有一个分散过程。石墨烯在目前搅拌和分散过程中，是不是保证片层的不团聚，或者是否能够均匀分散在里面，对我们桨料的涂抹过程中是否有影响，在后期溶剂挥发的时候，是否导致不平稳的状态呢？还有就是对集流体的选择，这些方面都是要解决的问题。
    如果这些事情我们不去做的话，大家也不会去做。我们在实验室就提前做了超级电容器平台，我们一个是要解决石墨烯问题，什么样的石墨烯？什么样的结构性能？什么样的表面适合？这是我们制备当中的探索。
    根据中科院一般的思路是料要成材、材要成器，器要能用。目前我们也承担了山西省的重点项目，给我们很大的支持。在目前实验室基础上，所里也给我们改造了两千平米的厂房用来石墨烯下一步的开发。
    第二个是讲一下石墨烯、氧化汞、活性炭电容器。石墨烯作为电容器材料有优势，第一个是结构域性质，导电率好，比表面积大。这是不同温度下制备的石墨烯，表面化学也不一样。可以发现在温度比较低的时候，石墨烯的容量非常高，衰减也比较低。随着不同温度的提高，容量下降也比较快。我们也和活性炭在实验室也进行了一些简单对比，发现了一些比较好的性能。
    发现把石墨烯用在电容器里面，首先是能量密度的问题。再一个是涂布、制浆、干燥、烘干的时候，加工性能非常差。 通过不同的分析，可以分析出不同样品中的四氧化碳和石墨烯的配比。这是基本的变化性能，在不同的烧制下四氧化碳复合的效果是不错的。
   石墨烯和氧化汞最终配比情况是，循环了一千次之后容量衰减24.%，氧化汞基本上是没有太大变化。石墨烯活性炭我们也做了一些研究，当然这是比较前期的结果。发现石墨烯含量越多，整体复合材料的表面积降低，电导率提升的越快。
   石墨烯和活性炭非对称电容器，通过组装器件之后发现能量密度和功率密度都有很大的提升。当然，在做电容器的各位前辈看来是非常基础的研究工作。我们希望下一步非对称电容器和对称性电容器是我们研究的方向，希望我们在座的各位前辈对我们工作提出一些宝贵的意见。
 
 
 
 
     
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