近日，清華大學(xué)化學(xué)工程系教授騫偉中團(tuán)隊(duì)研發(fā)的“基于石墨烯—離子液體—鋁基泡沫集流體的高電壓超級(jí)電容技術(shù)”通過(guò)技術(shù)鑒定。該項(xiàng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)了超級(jí)電容領(lǐng)域的重要突破，實(shí)現(xiàn)了超級(jí)電容能量密度成倍提高，并且研發(fā)出了新型的材料體系，把我國(guó)超級(jí)電容器技術(shù)水平提高到國(guó)際前列。中國(guó)電力報(bào)記者就超級(jí)電容器發(fā)展應(yīng)用方向等問(wèn)題采訪了該項(xiàng)技術(shù)主要負(fù)責(zé)人清華大學(xué)化學(xué)工程系教授騫偉中，他表示：“未來(lái)應(yīng)該把超級(jí)電容器廣泛應(yīng)用于汽車(chē)的啟動(dòng)、轉(zhuǎn)向、剎車(chē)能量回收等用途中。
中國(guó)電力報(bào)：“基于石墨烯—離子液體—鋁基泡沫集流體的高電壓超級(jí)電容技術(shù)”取得的重大進(jìn)展主要是指什么？
騫偉中：該項(xiàng)技術(shù)取得的重大進(jìn)展主要體現(xiàn)于兩方面。一是大幅提高了超級(jí)電容器的電壓水平；二是集流體材料打破了國(guó)外的技術(shù)封鎖，填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)空白?！ ?
超級(jí)電容器的功率密度顯著優(yōu)于鋰電等產(chǎn)品，目前需要提高的主要是能量密度。由于超級(jí)電容器的能量密度與電壓成平方關(guān)系，因此一直以來(lái)，提高電壓是提升超級(jí)電容器能量密度的主要方向。
之前行業(yè)內(nèi)普遍使用的活性炭體系只能緩慢提高超級(jí)電容器的電壓，電壓的提高往往只是從2.7伏到2.85伏，再到2.9伏這樣小步前進(jìn)。而“基于石墨烯—離子液體—鋁基泡沫集流體的高電壓超級(jí)電容技術(shù)”通過(guò)采用新的電解液系統(tǒng)、新的電極材料以及新的集流體材料，能夠直接把超級(jí)電容器的電壓提高到4伏，實(shí)現(xiàn)超級(jí)電容器電壓的一個(gè)大跨越，從而成倍提高超級(jí)電容的能量密度。
此外，“基于石墨烯—離子液體—鋁基泡沫集流體的高電壓超級(jí)電容技術(shù)”中使用的集流體材料是另一重大進(jìn)展，該材料打破了國(guó)外的技術(shù)封鎖，填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)的空白。
由于集流體材料具有質(zhì)量輕、強(qiáng)度高等特性，能用于國(guó)防裝備制造，因此國(guó)外在這種材料上長(zhǎng)期對(duì)我國(guó)實(shí)行技術(shù)封鎖，不愿意賣(mài)給我國(guó)，或者高價(jià)售出這種材料。此前，國(guó)內(nèi)超級(jí)電容企業(yè)曾就此材料與日本尋求合作，但是最終因價(jià)格太高而作罷。
因此，該項(xiàng)技術(shù)中使用的集流體如實(shí)現(xiàn)在國(guó)內(nèi)生產(chǎn)，得益于國(guó)內(nèi)制造業(yè)的強(qiáng)大，這能夠在一定程度上降低集流體材料的成本，也能幫助超級(jí)電容企業(yè)技術(shù)進(jìn)步。
中國(guó)電力報(bào)：該項(xiàng)技術(shù)具有怎樣的應(yīng)用價(jià)值和市場(chǎng)潛力？
騫偉中：該項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用價(jià)值和市場(chǎng)潛力主要還是在汽車(chē)工業(yè)中。汽車(chē)行業(yè)是一個(gè)基數(shù)十分巨大的行業(yè)，僅我國(guó)每年生產(chǎn)的汽車(chē)就達(dá)幾千萬(wàn)輛，而超級(jí)電容器在汽車(chē)的啟動(dòng)、轉(zhuǎn)向以及剎車(chē)系統(tǒng)能量回收等方面具有很大的應(yīng)用空間。
日本提出的路線圖認(rèn)為，超級(jí)電容器應(yīng)用于汽車(chē)內(nèi)的前提是一方面超級(jí)電容的體積要小，另一方面能量密度必須達(dá)到20瓦時(shí)/升。汽車(chē)由于空間有限，因此對(duì)超級(jí)電容的體積有一定限定。
日本和美國(guó)的路線圖對(duì)車(chē)用超級(jí)電容曾進(jìn)行過(guò)分類(lèi)，根據(jù)汽車(chē)不同部件開(kāi)發(fā)不同超級(jí)電容產(chǎn)品，即100法拉至300法拉小電容的用途，500法拉至1000法拉電容用途以及1000法拉至4000法拉儲(chǔ)能用途，這些產(chǎn)品的共同點(diǎn)是體積小。
而此次研發(fā)的成果，已經(jīng)超過(guò)了日本路線圖的20瓦時(shí)/升能量密度指標(biāo)。能夠做到很小的體積能量密度達(dá)到23瓦時(shí)/升。
中國(guó)電力報(bào)：您認(rèn)為超級(jí)電容器的應(yīng)用空間有多大？
騫偉中：超級(jí)電容和鋰電的用途是不一樣的，鋰電主要用于續(xù)航，而超級(jí)電容由于壽命長(zhǎng)、功率密度高，主要用于啟動(dòng)、轉(zhuǎn)向、馬達(dá)冷啟動(dòng)。
目前儲(chǔ)能領(lǐng)域，我們應(yīng)該樹(shù)立一種觀點(diǎn)，即不是技術(shù)間誰(shuí)壓倒誰(shuí)，而應(yīng)是相互結(jié)合，共同提高儲(chǔ)能的效率。德國(guó)曾經(jīng)提出最理想的電力系統(tǒng)或電源系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，應(yīng)該是既有高的能量密度，也有高的功率密度。因此，超級(jí)電容的最終目標(biāo)不是在能量密度上超越電池，而是電池和超級(jí)電容搭配使用。
除了在汽車(chē)行業(yè)，在輕軌和地鐵的能量回收、風(fēng)力發(fā)電變槳系統(tǒng)、路燈照明、電梯空載能量回收、以及飛機(jī)等重艙窗門(mén)的緊急開(kāi)啟等方面，都可以用到超級(jí)電容器。
中國(guó)電力報(bào)：技術(shù)發(fā)展方向是怎樣的？超級(jí)電容器成本下降空間有多大？
騫偉中：在技術(shù)方面，未來(lái)超級(jí)電容器在汽車(chē)上應(yīng)用有一個(gè)重要的技術(shù)方向是要實(shí)
現(xiàn)電解液的清潔化。目前鋰離子電池與超級(jí)電容的電解液容易著火且有一定毒性，因此使用時(shí)要求安全措施必須到位，在密閉空間中使用更要慎重。而此次研發(fā)所用的純離子液體電解液是不會(huì)著火的。總的來(lái)說(shuō)，使用高安全性的電極材料與電解液是電化學(xué)儲(chǔ)能需要持續(xù)努力的方向。
在價(jià)格方面，超級(jí)電容的降價(jià)速度還是比較快的。五年內(nèi)3000法拉超級(jí)電容器價(jià)格約降低了80%，并實(shí)現(xiàn)五倍的市場(chǎng)增長(zhǎng)。下一階段，超級(jí)電容器成本的下降主要還是需要依靠規(guī)模生產(chǎn)，才能實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品人力等成本降至最低。
另外一方面，也需要政府部門(mén)給予超級(jí)電容器更多的政策扶持。鋰電作為一個(gè)擁有萬(wàn)億市場(chǎng)的產(chǎn)業(yè)，其能量密度每年增長(zhǎng)約6%，而超級(jí)電容可以實(shí)現(xiàn)幾倍增長(zhǎng)，作為一個(gè)細(xì)分行業(yè)，超級(jí)電容更需要政府部門(mén)的相關(guān)政策支持。