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纳米石墨烯/活性炭复合超级电容的研发

     本项目主要采用纳米石墨烯为主要原材料和工业用活性炭进行复合,利用石墨烯的高传导性、高比表面积,生产纳米石墨烯/活性炭复合超级电容。


  • 石墨烯
  • 活性炭电容器
  • 高容量
  • 低电阻
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纳米石墨烯/活性炭复合超级电容的研发
纳米石墨烯/活性炭复合超级电容的研发
纳米石墨烯/活性炭复合超级电容的研发
纳米石墨烯/活性炭复合超级电容的研发

项目介绍

■ 项目背景


1.石墨烯目前仍然处于研究阶段,全球范围内都没有实施大规模量产的先例,这主要是由于制备石墨烯的技术工艺不成熟,还没有达到一致性的品质,而且成品面积都非常小,不能适应工业化应用。目前石墨烯主要的制造方法包括四种,分别是:微机械剥离法、外延生长法、氧化石墨还原法和气相沉积法。尽管石墨烯未全面实现产业化,但高昂价格和广阔的市场前景更是让各方对石墨烯研究一直没有停止过。

2.目前,世界上许多国家积极开展超级电容相关的研究开发工作。其中主要的生产企业有:美国的MAXWELL公司、俄罗斯的ECOND公司、ELIT公司,日本的ELNA公司、PANASONIC公司、NEC-TOKIN公司,韩国的NESS公司、KORCHIP公司、NUINTEK公司等。根据IDTechEX数据统计,2014年超级电容器全球市场规模为11亿美元。预计到2018年,超级电容器全球市场规模将达到32亿美元,年复合增长率为31%。目前国外企业处于领先地位,占据着全球大部分市场。领导厂商MAXWELL。Maxwell科技在创新型高性价比储能和输电解决方案的开发和制造领域居全球领先地位。它的产品在中国超容混合动力客车的保有量已超过一万辆。

我国研制超级电容器起步较晚,与国外先进水平还有一定的差距。技术相对落后,中国市场的超级电容器绝大部分依赖进口。国内从事超级电容器研发的厂家50多家,能够批量生产并达到实用化水平的厂家只有10多家。国内厂商大多生产液体双电层电容器,重要企业有锦州富辰公司、北京集星公司、上海奥威公司等十多家。


■ 技术关键点及创新点


1) 关键技术

1.等离子体法生产纳米石墨烯。

等离子体法是首先采用国际先进的微波发生器产生高强度的微波,然后通过波导管导入反应器,同时改变波导管内腔大小和形状使微波的强度进一步增强;在反应器内通入甲烷和氮气的混合,利用高强度的微波产生等离子体火焰,是甲烷气体裂解,产生纳米石墨烯,可以通过调节流量以及其他的参数来控制石墨烯的大小和层数。

2.无表面活性剂制备石墨烯油墨。

我们已经在实验室中成功开发出了一套石墨烯有机溶液的转移技术。此技术是在石墨烯不发生团聚的前提下,可以把石墨烯转移到成本更低、更环保、更通用的水中。


2) 创新点、先进性

本团队设计的核心生产技术路线,以研发成套技术产品与技术服务为主,其中最重要的是掌握特殊关键核心工艺:

1)采用先进的以生物气体为原料通过等离子体的方法直接生产纳米石墨烯;

2)将规模化生产的高质量纳米石墨烯粉体,浆料和活性炭复合应用于电容器研究,形成具有高容量、低电阻、性能稳定的超级电容器产品。

等离子体法生产纳米石墨烯的工艺没有任何污染,可以达到工业废水近零排放的要求。


■ 技术优势


该制备技术是团队独有技术,具有国际领先水平,将填补石墨烯片层大小在纳米到微米尺寸级别领域的产品空白,向市场提供性能更为优异的石墨烯产品。同时在改变原材料的条件下,该技术还用于制备单层石墨烯量子点,即具有尺寸为几十纳米的石墨烯,这也是该法的独特之处。此外产品研发周期长,工艺细节多,技术壁垒高,因此不可能被国内厂商简单仿制。与国外产品相比,本项目产品具有明显的性价比优势。



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