超級電容器(Supercapacitors)也稱為電化學電容器、雙電層電容器,是源于上世紀八十年代美國“星球大戰”計劃。它是通過極化電解質來儲能的一種功率型電化學儲能器件。超級電容器利用電極/電解質交界面上的雙電層或發生的二維/準二維法拉第反應(極化電解質)來儲能的一種新型電儲能器件。超級電容器主要由電極、電解液、隔膜和外殼組成;與傳統化學電源(如鉛碳電池、锂電池等)相比,具有充電時間短(秒級)、響應速迅速(毫秒級)、使用壽命長(可反複充電百萬次)、能量轉換效率高(大電流能量循環效率≥90%)、功率密度高(300W/kg~5000W/kg,為锂電池的5~10倍)、溫度特性好(-45℃~ 80℃)、安全系數高(内部無活潑金屬)、環保無污染等優點。
超級電容器是介于傳統電容器和充電電池之間的一種新型儲能裝置,其容量可達幾千至上萬法拉。與傳統電容器相比,它具有較大的容量、較高的能量;與電池相比,它又具有較高的比功率、迅速響應、較寬的工作溫度範圍和極長的使用壽命,且對環境無污染。因此可以說,超級電容器是一種高效、實用、環保的能量存儲裝置。
超級電容器自面市以來,全球需求量快速擴大,已成為化學電源領域内新的産業亮點。超級電容器不僅在新能源汽車、軌道交通、公交物流、航空航天、醫療設備、電力電氣、消費電子産品等衆多領域有着巨大的應用價值和市場潛力,還在風電變槳、光伏發電、機械能回收、智慧城市、國防建設等方面有着廣泛應用。尤其是在新的軍事裝備方面更是一枝獨秀,如電磁彈射、電磁炮、激光武器、微波武器、察打一體機和核潛艇的應急電源等。超級電容器的優異性能和廣泛用途已經被世界各國所關注,各國都在成立研發團隊進行超級電容器研究開發。
美國發明院院士、華人科學家鄭劍平教授到訪星石
超級電容器的電極材料是超級電容器的關鍵活性材料,在超級電容器的成本中占到約30-40%份額。超級電容器電極材料主要分為碳材料、金屬氧化物材料和導電聚合物材料三大類。由于導電聚合物、金屬氧化物等作為電極材料還處于實驗室階段,從實用角度來講,碳材料是目前超級電容器各類電極材料中最具吸引力的。而在電極碳材料中,活性炭材料是用量最大、最經濟的電極材料。電極材料已經成為影響超級電容器性能和生産成本的關鍵因素,因此可以說,對于超級電容器的研究幾乎都是圍繞着電極材料進行的。我國超級電容器電極材料研發工作滞後,國産電極材料存在性能不佳、價格高和可選擇範圍小等問題,導緻我國超級電容器電極材料一直依賴進口,其中日本可樂麗活性炭電極材料占據我國市場份額的70-80%。所以,我國在超級電容器的核心部分——高性能電極材料的生産和供應存在瓶頸,使得我國超級電容器成本居高不下,嚴重制約了我國超級電容器的發展。
國家工業與信息化部科技司巡視員畢開春到星石公司調研
作為超級電容器中唯一的儲能活性物質,對其電化學性能有着極其苛刻的要求,不僅需要對其宏微觀結構進行科學的設計和調控,特别是工程化方面複雜的極高的技術難度更需要無數次工程化的實驗。北海星石碳材料科技有限責任公司是以椰殼活性炭研發、生産和銷售為主的專業公司。星石公司曆時八年研發、兩年中試、四年的規模化生産線建設。一系列創新工藝、創新技術的應用,星石公司的中試線及産品,即“300噸/年高品質有機體系超級電容活性炭連續化制備技術及産品”,于2018年12月通過了由中國超級電容器産業聯盟、中國電工學會共同組織,工信部、科技部參加的鑒定會,由中國軍事科學院軍事電源中心主任、中國工程院楊裕生院士為主任委員的技術鑒定委員會認為,“該成果打破了國外技術壟斷并實現替代進口,填補了國内空白,整體技術達到了國際先進水平”。該成果為超級電容活性炭的進口替代,超級電容器産業發展做出了重要貢獻,解決了這一關鍵材料的“卡脖子”問題。
星石公司投資新建的北海星石新能源材料産業園一期工程,2000噸/年超級電容活性炭,擁有我國最大規格的斯列普活化爐,規模化生産超級電容活性炭的生産線已經于2021年建成,現在處于試生産階段。星石的産品和生産工藝具有産品質量穩定可靠,可實現綠色環保,低成本,大規模化工業生産。
星石公司生産的超級電容活性炭已經國内許多大專院校、科研單位測試,經過許多家超級電容器企業試用,證明星石公司生産的椰殼基超級電容活性炭具有容量高、雜質少、内阻小、循環性能和倍率性能好、漏電流小等特點,其性能達到或超過進口産品。
在科學技術飛速發展的今天,在我國積極貫徹碳中和、碳達峰政策的形勢下,新能源和電化學儲能産業飛速發展,随着超級電容器成本進一步下降,越來越多的行業和場景成為超級電容器的應用領域。作為超級電容器最關鍵的活性炭電極材料,正在不斷地突破技術、成本、規模化等多重瓶頸,不斷地挖掘性能潛力,使其成為未來能源領域的"魔力"材料,為未來綠色、和諧的人類生活和可持續發展貢獻力量。
星石公司長期以來緻力于碳材料從環保淨化科技到新能源儲能科技領域的前沿領先産品的研發和制造,三大系列産品均處于國内領先全球先進水平。特别是公司《300噸/年高品質有機體系超級電容器用活性炭連續化制備技術及應用》産品和技術經中國工程院楊裕生院士為主任委員的科技成果鑒定委員會鑒定評價為“該成果打破了國外技術壟斷并實現替代進口,填補了國内空白,整體技術達到了國際先進水平”。公司年産2000噸超級電容活性炭生産線已正式投料生産,将使得我國超級電容活性炭國産化、規模化成為可能,可為我國超級電容器降低成本和普及使用做出了貢獻,為我國儲能行業促進發展補鍊、強鍊做出了貢獻。
星石公司擁有國内頂尖的活性炭材料的生産及技術研發團隊,發明專利達50多項,是《有機體系超級電容器用椰殼基活性炭》團體标準牽頭起草單位;是《黃金生産用顆粒活性炭》行業标準主要起草單位;是《超級電容器電極用多孔炭規範》團體标準起草單位之一。
以自主研發、聯合研發、技術引進等科技創新手段,面向國家戰略産業新能源材料、環保材料等新材料領域,為環保冶理、綠色能源、國防軍工、現代交通、智能電網、生活健康等方面提供堅實的材料支撐,打造具有國際先進性和國内領先水平的具有高度競争力的核心産品。将北海星石碳材料科技有限公司打造成為具有全球競争力的一流碳材料企業。
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