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Scientific research

超级电容器研发成果

来源: 发布时间:2017-10-17 浏览量:1594

    公司通过与西安科技大学、西安交通大学、中南大学、咸阳非金属矿研究院等高校、科研机构建立的长期产学研合作关系,在高性能双电层储能电源领域已积累了丰富的科研成果,其中多项具有工程化与产业化实施前景。
    1、多层梯度复合电极设计与制作技术
    设计开发的一种多层梯度复合的电极结构,由集流体层、导电层、活性层和增塑层等依次层叠而成,其关键点在于将活性物质协调分布于除集流体层外的其他各层中。这一方面使得各层之间形成自然过渡,改善了层与层之间的相容性,提高了电极结构的稳定性,另一方面,更多的活性物质能够分布在电极各层之中,增加了电极上活性物质的装载率,同时,活性物质与电极各层中的导电组分之间的联系也得以增强,有利于电荷在整个电极结构中的快速传递。该电极具备高导、富孔、高塑性等显著特征,在有效控制成本的前提下,大幅提高产品性能。制作的双电层储能电源适用于电网储能、轨道交通、应急电源等众多市场领域。
    2、高导石墨烯纳米片的调制分散与电极添加技术
    石墨烯材料具有高的比表面积、优异的导电性和丰富的微观结构,非常适合用于双电层储能电极中,但是其较高的价格使得当前更适合作为添加剂使用。石墨烯最大的问题在于堆叠团聚,导致其性能优势难以充分发挥。为此,采用两步法调制匀质浆料。首先基于一种无表面活性剂的水溶液分散技术,即对石墨烯进行特殊处理,赋予其表面一定数量的电荷,这样即可通过静电斥力阻止颗粒团聚、维持悬浮液稳定。然后,将预分散液与活性炭浆料充分混合,制得复合电极。该技术直接改变了石墨烯在水中的极性,无需使用任何表面活性剂,方法简单、过程可控、易于实现,且不会过多增加成本,因此推广应用前景可期。利用电极中添加的石墨烯材料可综合提升超级电容器的能量密度、功率密度与循环性能。
    3、耐压离子液体基电解液调配及与碳电极的相容匹配技术
    双电层储能电源面临的最大挑战在于能量密度偏低。由于能量密度与电压成平方关系,开发具有宽稳定电位窗口的电解液体系极具应用价值。离子液体通常具有良好的电化学稳定性,在电位窗口方面优于传统有机电解液,但是单独使用离子液体存在粘度高、电导低、价格昂贵等缺点。为此,开发了一种基于离子液体作电解质盐、氟醚作非水溶剂的新型耐压(3.5V)电解液体系。氟醚的使用一方面可以改善了电解液的离子传输行为,提高超级电容器的功率特性,另一方面作为一种阻燃成分,提高了电解液的耐火性和安全性。此外,氟醚的弱极性使得溶液离子大多以裸露离子而非溶剂化形式存在,因此电极材料中更多与裸离子尺寸相近的孔隙结构得以利用,同时在电极/电解液界面建立的双电层层间距更小,导致双电层容量增加。
    4、活性炭/钛酸锂非对称混合型电容电池及定制化电解液技术
    混合型电容电池兼具超级电容高比功率、长寿命和二次电池高比能量的优势,能够很好的弥补双电层储能电源能量密度偏低的缺陷,近年来得到产业领域的极大关注。其中正极采用活性炭等材料作为双电层储能、负极采用嵌锂化合物作为电化学储能的混合体系构建,在比能量的提升空间上相对要大,成为主要发展方向。采用了钛酸锂这一具有零应变特性与优异循环性能的材料与活性炭混搭,同时考虑到两种储能原理,对电解液进行了定制开发,为正负极匹配具有高分解电压和高离子电导率的锂盐溶液。掌握的上述活性炭/钛酸锂非对称混合电容电池及其定制化电解液技术,充分发挥了电容与电池二者的特长,在电动汽车领域具有良好的应用和发展前景。
    围绕上述技术,公司依托西安科技大学、中南大学等高校,积极进行专利布局,掌握了系列自主知识产权。目前主要取得了超级电容器单体的试验报告:

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