石墨烯被譽(yù)為“改變21世紀(jì)的神奇材料”，且因其獨(dú)特的電學(xué)、力學(xué)、熱學(xué)和光學(xué)性能及較高比表面積，近年來受到極大重視。歐美各國政府和IBM、巴斯夫、拜耳、空客和三星等公司均在積極部署石墨烯及其應(yīng)用技術(shù)研發(fā)。石墨烯還被列入中國新材料產(chǎn)業(yè)“十三五”規(guī)劃，進(jìn)一步明確了其國家層面的戰(zhàn)略地位。其中，石墨烯儲(chǔ)能應(yīng)用受到格外關(guān)注，有望帶來儲(chǔ)能技術(shù)“顛覆性”突破。2014年，中科院山西煤炭化學(xué)研究所聯(lián)合山西三維集團(tuán)股份有限公司，通過公開招標(biāo)共同承擔(dān)了“石墨烯儲(chǔ)能-高性能超級(jí)電容器技術(shù)開發(fā)”煤基低碳重點(diǎn)科技攻關(guān)計(jì)劃項(xiàng)目。
該項(xiàng)目基于先進(jìn)石墨烯材料，秉持“料要成材、材要成器、器要成用”的研發(fā)理念，通過石墨烯復(fù)合電極材料開發(fā)、超級(jí)電容器組裝與應(yīng)用示范，打造石墨烯儲(chǔ)能應(yīng)用創(chuàng)新鏈。
項(xiàng)目立項(xiàng)以來，煤化所與晉能集團(tuán)產(chǎn)研合作，開發(fā)了石墨烯低成本可控生產(chǎn)技術(shù)，突破氧化石墨可控合成、純化和熱還原技術(shù)難題，研制出高效純化和連續(xù)膨化爐等專用設(shè)備。完成噸級(jí)中試示范，形成10噸級(jí)工藝軟件包。產(chǎn)品經(jīng)清華大學(xué)和中科院電工所第三方檢測(cè)，石墨烯粉體比表面積>600m2/g，純度>99.9wt%，技術(shù)指標(biāo)國內(nèi)遙遙領(lǐng)先，引領(lǐng)了中國高品質(zhì)石墨烯生產(chǎn)技術(shù)。同時(shí)，煤化所與三維集團(tuán)聯(lián)合，建成國際先進(jìn)的儲(chǔ)能器件無塵組裝中試平臺(tái)。開發(fā)了綠色環(huán)保、低能耗的水系電極制備工藝，解決了一直以來困擾石墨烯應(yīng)用的分散問題，掌握了石墨烯電極漿料制備技術(shù)，成本降低25%。突破電極材料均勻可控涂布技術(shù)，形成高質(zhì)量極片，研制了大功率柱狀和疊片式電芯，為石墨烯超級(jí)電容器示范應(yīng)用提供了保障。所研制的石墨烯超級(jí)電容器可實(shí)現(xiàn)大功率（>7kW/kg）、快速（2分鐘內(nèi)）充放電，同時(shí)具有循環(huán)壽命長（>20萬次）等優(yōu)點(diǎn)。產(chǎn)品將推廣應(yīng)用于純電動(dòng)公交車、混合動(dòng)力汽車和軌道交通能量回收等領(lǐng)域，同時(shí)作為有功補(bǔ)償和能量?jī)?chǔ)存元件，應(yīng)用于光伏等新能源并網(wǎng)、風(fēng)電變槳及智能電網(wǎng)等領(lǐng)域。
本項(xiàng)目的技術(shù)突破，確立了石墨烯儲(chǔ)能技術(shù)在國內(nèi)外的優(yōu)勢(shì)地位，為石墨烯從“制造”到相關(guān)高性能產(chǎn)品的“創(chuàng)造”形成了良好開端,將助力山西省乃至我國新能源產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。
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