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让锂电池汗颜的高能超级电容器用作动力储能器的路还有多远?

2015-12-28 09:32
络遇
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  笔者在《论一文看懂电动汽车是否能全部取代燃油车的几点错误》一文中说:电动汽车代替燃油汽车这一国策要实现,“则看智能电动汽车发展所需的智能控制系统技术、高密储能电池技术和轻量化技术的进展了”。

  对于智能控制系统技术,由于互联网大伽的纷纷加入突飞猛进,天天网上都有自动驾驶电动车的新报导。对于轻量化技术,由于航空工业和高铁工业也需要此技术,轻量化技术也日新月异。看来拖后腿的就是高密储能电池技术了。

  近日有报导,中科院上海硅酸盐所研制出高性能超级电容器,暂且放开不懂技术的记者“充7秒钟续航35公里”的故弄玄虚,但其能量密度达41wh/kg(基于活性物质为63wh/kg),比现生产的超级电容器5-7wh/kg,确实是一个很大的进步,值得称赞!但是,如发条橙子所问:《中科院石墨烯电池新材料真能带飞电动车产业?》,这则是不少业内人士所关心的问题。这位记者提出的疑问归纳起来有:1、生产的成本问题;2、制备工艺工业化的可行性,特别是氮化工艺的环境影响问题;3、能量密度离电动汽车的要求还差得太远,如何解决的问题。

  本文想就这些问题,介绍一下这方面技术的进展:

  一、成本问题

  用SiO2模板,然后采用CVD工艺用CH4做碳氮源,长出石墨烯材料,再用氢氟酸腐蚀掉模板,得到三维石墨烯块材料的工艺,确实其成本太高工业化生产难以接受。能否采用其它已有的成熟工艺降低成本呢?

  本人认为,是有可能的。例如:采用溶胶凝胶法用石墨烯微片低成本地制备石墨烯气凝胶三维块。众多的研究文献已公开了这方面的技术,浙江大学高超教授研究的三维石墨烯气凝胶制备技术则是这类技术的榜样。发条橙子的文章中也指出:“3D石墨烯泡沫具有很大的比表面积,以及相应带来的良好的三维导电网络,用这样的集流体会给材料的性能带来很多加成,在这方面中科院金属所成会明院士组有不少工作可以参考。”

  但是,采用溶胶凝胶法实现低成本的关键,是如何低成本地制备石墨烯微片。

  现广泛采用化学液相机械剥离法制备二维的氧化态石墨烯微片成本高,还存在使用化学材料对环境影响大、需将石墨烯还原处理工艺长导电性下降、二维微片易粘结成团等等问题。一种物理液相机械剥离法制备本征还原态三维石墨烯微片技术,制备成本低,对环境友好,为三维石墨烯电极块用溶胶凝胶法低成本的制备创造了条件。

  二、氮化处理对环境的影响问题

  若工业化生产中采用实验室中常用的浓硝酸处理氮化工艺,确实环评很困难通过。

  在某国家级产业中心工程中,已使用了一种简单、低成本地解决氮氧化物污染的技术。后巴斯夫为获得此技术和其它关键技术收购了此公司至今也已十多年,生产线还在正常生产。若中科院上海硅酸盐所的超级电容器工业化时采用此净化工艺即可解决对环境影响的问题。

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