山西煤化所實現(xiàn)電容碳“國產(chǎn)化”

李軍

“超級電容器作為一種新型電化學(xué)儲能器件，因具有功率密度高、循環(huán)壽命長、使用溫度范圍寬、安全可靠、環(huán)境友好等特點，在軍民市場發(fā)展勢頭十分強(qiáng)勁。”5月31日，記者來到中科院山西煤化所，709課題組長陳成猛對記者說。超級電容器作為高功率電源，已在電磁彈射、激光武器和車輛冷啟動等領(lǐng)域?qū)嶋H應(yīng)用，滿足了特種裝備對高可靠性電源的需求。在民用領(lǐng)域，超級電容器已廣泛應(yīng)用于軌道交通、電動公交、智能四表、風(fēng)電和智能電網(wǎng)等新興市場。

當(dāng)前，商業(yè)化超級電容器主要以雙電層電容器為主，其核心電極材料為超級電容多孔炭材料（以下簡稱“電容炭”）。國內(nèi)在電容炭方面起步較晚、存在研發(fā)投入不足、產(chǎn)學(xué)研用脫節(jié)、力量分散、大部分工作仍停留在實驗室探索階段的問題。近年來，多家國內(nèi)企業(yè)先后啟動了產(chǎn)業(yè)化攻關(guān)，但與國外行業(yè)龍頭企業(yè)相比，國產(chǎn)炭仍存在產(chǎn)品純度低、循環(huán)穩(wěn)定性差、批次不穩(wěn)定和應(yīng)用適配性差等突出問題。目前，國內(nèi)電容器企業(yè)主要依賴從日本、韓國和美國進(jìn)口電容炭材料，價格每噸30～80萬不等。

對此，中國科學(xué)院山西煤炭化學(xué)研究所聯(lián)合山西美錦能源股份有限公司，首次打通了淀粉基電容炭批量化制備路線，解決了淀粉基電容炭中試制備過程中的交聯(lián)、連續(xù)活化、深度純化和表面脫氧等技術(shù)難題，設(shè)計并建成10噸級電容炭中試示范線，獲得高品質(zhì)電容炭。通過團(tuán)隊自有平臺、第三方、下游客戶進(jìn)行材料物化性能、加工性能和電化學(xué)性能的評測優(yōu)化，最終實現(xiàn)產(chǎn)品定型和工藝固化，形成成熟可靠的材料+應(yīng)用解決方案，實現(xiàn)與終端用戶的無縫對接。完成年產(chǎn)500噸淀粉基電容炭工藝包和年產(chǎn)1000噸項目可研報告的編制，為國內(nèi)電容炭產(chǎn)業(yè)化奠定了堅實的技術(shù)基礎(chǔ)。并申請中國專利16項，其中發(fā)明專利12項，授權(quán)發(fā)明專利2項，主持制定IEC國際標(biāo)準(zhǔn)2項（IEC/TS62565-5-1、IEC/TS62565-5-2），所開發(fā)的產(chǎn)品已在寧波中車、錦州凱美和上海奧威等超級電容器企業(yè)試用。

2021年4月18日，該技術(shù)通過了中國石油和化學(xué)工業(yè)聯(lián)合會組織的科技成果評估。評估委員會專家經(jīng)質(zhì)詢和討論，一致認(rèn)為該技術(shù)有望解決困擾我國超級電容器行業(yè)的瓶頸問題，實現(xiàn)超級電容活性炭的國產(chǎn)化，整體達(dá)到了國際先進(jìn)水平。

目前，一期500噸電容炭產(chǎn)業(yè)化項目啟動在即，項目完成后，將具備年產(chǎn)500噸電容炭的生產(chǎn)能力。屆時將實現(xiàn)電容炭的國產(chǎn)化和進(jìn)口替代，解決困擾中國超級電容器行業(yè)多年的“卡脖子”難題，推動關(guān)鍵核心材料實現(xiàn)進(jìn)口替代，為國防領(lǐng)域軍事裝備提供可靠的材料保障，擺脫軍用特種電源關(guān)鍵材料受制于人的現(xiàn)狀，在保障國防安全的同時，滿足下一代武器裝備對特種電源和電極材料的要求。