石墨烯超级电容器产业化研究 | “大咖开讲——石墨烯的那点事儿”线上主题活动系列八

8月21日上午9点，中国南车首席技术专家、南车株洲电力机车有限公司技术副总监阮殿波博士应邀做客中国石墨烯产业技术创新战略联盟线上主题活动：大咖开讲——石墨烯的那点事儿。

本次讲座的主题为：石墨烯超级电容器产业化研究。阮殿波博士主要从两方面做了详细介绍：超级电容器、石墨烯基超级电容器。

在第一部分，阮博士图文并茂地为大家讲解了超级电容器的发展历程、工作原理、制备工艺、主要生产企业与市场、面临的主要问题等。

超级电容器1957年第一份专利开始，电压随着电解液从水性到有机，再到离子液体逐步提高。容量随着储能材料从导电橡胶、活性炭纤维、颗粒活性炭的改变以及电极制备工艺从湿法涂布到干法制膜，从而不断提高。目前市场上比能量最高的是MAXWELL的2.85V，3400F和南车的2.7V，9500F产品，大约在7.5Wh/Kg。可以说，超级电容是目前最为高效的能量存储与节能器件。

虽然EDLC的比能量最低，但其有100万次的循环寿命，如果二者的相乘就代表其全寿命周期的总能量，EDLC远远领先电池；其全寿命周期的成本也远远低于电池。

超级电容具有广阔的市场前景，目前，其市场年复合增长率达到20%，中国制造2025中有三处提到超级电容器。通过世界上主要的制造商分布图，我们可以看到其发展趋势是中日韩逐步领先。

超级电容目前的最大缺点是比能量低，解决方法之一是期待新型炭材料，如石墨烯。

在第二部分，阮殿波博士通过具体的工程化研究示例，重点介绍了石墨烯基超级电容器的研究热点及进展。石墨烯基超级电容器，主要是利用石墨烯的高比表面积、晶体化结构和高电导率来解决提高比能量、延长使用寿命和提高比功率。

阮博士通过超级电容储能炭材料的性能指标对比，给出目前石墨烯材料的问题。主要是密度太低，电极工艺太难，有些制备方法可能含有大量的杂质和表面官能团，会严重影响器件寿命。

关于石墨烯基超级电容器的研究热点，阮博士通过对双电层电容器、赝电容器、非对称电容等类型的分析，讲到非对称电容目前是研究热点，锂盐与石墨烯复合的前景比较好。

石墨烯与活性炭复合电极超级电容器，可以提高比能量20%左右，为防止片层的堆叠，在片层间插入高分子化合物。该技术的规模化产品，目前已应用于城市公共交通储能式车辆上，如超级电容储能式现代有轨电车，在广州、淮安、武汉、宁波运行；在线超快充超级电容储能式纯电动客车，如宁波的196路。从另外一些学者的研究表明，这种复合物电极的比能量还可以提高。

最后，阮博士以一位实干家的严谨告诉大家：目前单独使用石墨烯材料制备超级电容器电极非常困难，而石墨烯材料与其他储能材料的复合却是不错的思路，在工程实践中也有了很好的尝试。

在提问环节，阮博士针对公交储能车辆的充电时间、是否需要搭配锂电池、超级电容器的寿命、衰减率、与锂电车的区别、三维多孔石墨烯的制备及性能、石墨烯的市场空间、城市公交车辆储能电池与电容的具体性能等问题做了耐心解答。