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标题: 石墨稀超级电容 [打印本页]

作者: BJ大风 时间: 2011-7-12 19:39
标题: 石墨稀超级电容
深圳清华石墨烯超级电容器或已超过锂电池3倍

深圳清华大学研究院的“超级电容器”专利说明书显示其使用石墨粉、活性炭粉、乙炔黑的超级电容器能量密度都已经达到了60Wh/kg，与镍氢二次电池相当，相当于锂离子二次电池的二分之一。

而石墨烯可以提高超级电容器能量密度6倍，这意味着如果采用石墨烯替代其超级电容器中的石墨粉、活性炭粉、乙炔黑，其超级电容器的能量密度或将达到锂电池的3倍，可以完全替代锂电池。

名称: 超级电容器
申请（专利）号: CN200910107318.9 申请日: 2009.05.15
公开（公告）号: CN101562079 公开（公告）日: 2009.10.21
主分类号: H01G9/155（2006.01）I 范畴分类:
分类号: H01G9/155（2006.01）I;H01G9/058（2006.01）I;H01G9/038（2006.01）I;H01G9/02（2006.01）I
申请（专利权）人: 深圳清华大学研究院
发明（设计）人: 李锐;赵方辉;陈建军
地址: 518057广东省深圳市南山区深圳市高新技术产业园南区国省代码: 广东;44
优先权:
专利代理机构: 广州华进联合专利商标代理有限公司代理人: 何平
实施例1

负极采用商业化石墨粉（作为层状结构晶体材料）、活性炭粉（作为多孔炭
材料）、乙炔黑（作为导电剂）和聚偏氟乙烯（作为粘结剂），质量百分比依次
为70∶15∶10∶5。先将石墨粉、活性炭粉、乙炔黑三种粉末在犁刀式搅拌机或
球磨机中混合均匀。同时将粘结剂加入适量的NMP（N-甲基吡咯烷酮），搅拌
溶解。将混合好的粉末缓慢加入粘结剂浆液中继续搅拌，制成浆料。将混合好
的物料利用涂布机均匀涂覆在铜箔上，双面涂覆，铜箔厚度为15μm，烘烤温
度120℃。正极采用商业化石墨粉、活性炭粉、乙炔黑和聚偏氟乙烯，质量百分
比依次为10∶75∶10∶5。先将石墨粉、活性炭粉、乙炔黑三种粉末在犁刀式搅
拌机或球磨机中混合均匀。同时将粘结剂加入适量的NMP中搅拌溶解。将混合
好的粉末缓慢加入粘结剂浆液中继续搅拌，制成浆料。将混合好的物料利用涂
布机均匀涂覆在铝箔上，双面涂覆，铝箔厚度为20μm，烘烤温度120℃。将正、
负极分别裁切成规定尺寸，在正极、负极间夹入隔膜，叠加对齐，在卷绕机上
卷绕成电容器芯子。采用的隔膜为聚丙烯多孔薄膜。将电容器芯子置于壳体中，
灌注适量电解液，电解液为1mol/L的LiPF6/（EC＋DMC）和1mol/L的
Et3MeNBF4/PC（其中，EC为碳酸乙烯酯；DMC为碳酸二甲酯；PC为碳酸丙
烯酯）以体积比1∶1的比例混合，然后加以密封，得到卷绕式超级电容器单体。

实施例2

正、负极片制作方法同实施例1，不同之处在于以活性炭和比表面积为
200m2/g碳纳米管的混合材料取代实施例中的活性炭，得到的超级电容器的能量
密度比实施例1高5％左右。

实施例3

其他条件同实施例1，不同之处在于以石墨和二硫化钼的混合材料取代实施
例1中的石墨，得到的超级电容器的能量密度比实施例1低3％左右。

实施例4

正负极材料配比同实施例1。先将石墨粉、活性炭粉、乙炔黑三种粉末在犁
刀式搅拌机或球磨机中混合均匀。在搅拌机中一边搅拌，一边利用高压气体喷
洒粘结聚四氟乙烯乳液。将混合好的物料在对辊机中反复碾压，使之成膜。通
过调整对辊机的缝宽，使膜片达到指定厚度。膜片在80～110℃下烘干，在对辊
机上将膜片与作为集流体的不锈钢网压在一起制成极片。将极片冲压成圆片，
夹入隔膜，组装得到纽扣式超级电容器。

实施例5

其他条件同实施例1，不同之处在电解液溶剂采用AN（乙腈）取代实施例
1中的PC（碳酸丙烯酯），得到的超级电容器的内阻比实施例1低10％左右，能
量密度比实施例1高3％左右。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，
但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域
的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和
改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附
权利要求为准。

实施例2

正、负极片制作方法同实施例1，不同之处在于以活性炭和比表面积为
200m2/g碳纳米管的混合材料取代实施例中的活性炭，得到的超级电容器的能量
密度比实施例1高5％左右。

比表面积200m2/g碳纳米管自然不如比表面积3000m2/g的石墨烯了，申请这个专利的时候瞿研研发的石墨烯还没造出来呢，现在如果用石墨烯来替代碳纳米管，得到的超级电容器的能量密度肯定会比实施例1高很多，前些天的新闻报道“石墨烯投资，风已生水慢起”中提到实验表明，使用石墨烯作为电极的超级电容器能够产生相同体积电容器6倍以上的容量。

韩国成功研制大容量可挠蓄电池这篇文章说

研究组发现，在将氮掺杂石墨烯后，电解液与离子更好地相结合，由此蓄电池的容量比只用石墨烯时增加约3倍左右。

如果韩国的研究结论真实，在将氮掺杂石墨烯后，容量可以再提高3倍，那么石墨烯超级电容器就可以达到9倍于锂电池的能量密度，石墨烯超级电容器将会是神奇的储能技术，可以让汽车瞬间完成充电后跑上一千公里，完全替代汽油柴油动力，并在风能和太阳能储能领域发挥巨大的作用。

石墨烯超级电容器的充放电次数可达上百万次，而锂离子电池的充放电次数最多只能达到几千次，石墨烯超级电容器的使用寿命是锂电池的几百倍，锂电池将面临着被石墨烯超级电容器彻底淘汰的风险。

石墨烯超级电容器PK锂电池

力合或将完胜锂电池

几万亿的巨大的储能市场究竟由谁来分享？让我们拭目以待。

作者: BJ大风 时间: 2011-7-12 19:56
其实大容电容关健在绝缘介质上，要溥又韧，又要耐老化。目前led封装料国产与外产区别很大

作者: loverong 时间: 2011-7-12 22:56
我们关注的是什么时候老百姓能用上才是真的!

作者: sheji 时间: 2011-7-12 23:35
这是个好消息。就算现在已经开始批量生产，到老百姓能用，起码也得等2年后才有可能

作者: 啄木鸟 时间: 2011-7-13 09:00
大好消息，等待产品面世。

作者: zmg666666 时间: 2011-7-13 17:33
电动汽车有希望了，电动自行车就要真的限制在20km以下了。

作者: 车行天下CXTX 时间: 2011-7-15 14:14

这是个好消息。就算现在已经开始批量生产，到老百姓能用，起码也得等2年后才有可能
sheji 发表于 2011-7-12 23:35

对搞石油的垄断资本家来说，这是个坏消息，他们会想办法阻止这个新产品的诞生的，直到他们掌握这个产品的垄断权。就像当年的爱迪生。

作者: 电动达人 时间: 2011-7-18 22:33
超级电容已经研究并推广了多年了，目前仍然无法普及，比能量过低和成本过高是主要因素

作者: enlaixiangyu 时间: 2011-7-18 22:38
另外，爱迪生和特斯拉，那个无损传递电流线圈神马的，确实太神话了！不太现实！

不过特斯拉真实怎么样，大家谁也没用一手资料！

作者: jsy 时间: 2011-7-18 22:55
力合股份（000532）石墨烯超级电容器储能打破世界纪录！
2011-6-14 15:00:00 |
http://hudong.wlstock.com/StockBar/d9303472.aspx

   由美国纳米技术仪器公司（Nanotek  Instruments）新研制的石墨烯超级电容器，单位质量可储存的能量打破世界纪录，而且充电或放电，只需要短短几分钟，甚至几秒钟，有望取代电池。  研究人员已经制成一个石墨烯超级电容器，单位质量可储存的能量相当于镍氢电池（nickel  l  hydride  batteries）。但其充电或放电，只需要短短几分钟，甚至几秒钟。

去年8月，石墨烯项目在江苏无锡市惠山区江苏数字信息产业园落地。今年年底，该项目将建成一个年产10吨的石墨烯生产线。石墨烯项目一落地，就被评为无锡市"530计划"B类项目。目前，仅有美国一家公司能年产40吨石墨烯，其他的都还停留在实验室阶段。

据主力机构透露，作为高科技产业孵化基地的江苏数字信息产业园发展有限公司肯定是对石墨烯项目进行了投资参股，但是参股比例不清楚，而且将来肯定要在创业板上市，这将会为力合股份(000532，股吧，消息)力合股份（000532）子公司江苏数字信息产业园发展有限公司带来巨额的投资收益！

                  主力人士对业内的调研显示，一个年产10吨的石墨烯生产线一年能获得净利润可达140亿到350亿。假设力合股份（000532）子公司江苏数字信息产业园发展有限公司对石墨烯公司参股比例为40％，那么力合股份的投资收益将达到140X0.4X0.2=11.2亿到350X0.4X0.2=28亿，折合每股收益3.25元到8.12元，按照30倍市盈率计算力合股份目标价格为97.5元到243.6元，。。。

作者: jsy 时间: 2011-7-18 23:25
活性石墨烯制备超级电容器
作者：熔桓　发稿时间：2011-05-17 10:12:49　

使用氢氧化钾重组化学上改进的石墨烯薄片，研制各种形式的“活性炭”，它们有孔隙，可增加表面积，提高存储容量，制成超级电容器。

苏东和埃里克•斯塔奇使用强大的电子显微镜，分析的样品是活性石墨烯，他们在布鲁克海文国家实验室的功能纳米材料中心进行研究。斯塔奇说：“功能纳米材料中心提供方便，世界各地的科学家都可以解决纳米科学和纳米技术的前沿问题。这项工作正是这个设施要做的事。”来源：布鲁克海文国家实验室

美国能源部布鲁克海文国家实验室（Brookhaven National Laboratory）的科学家协助揭示了纳米尺度结构的新形态碳，有助于解释为什么这种新材料的作用就像超级吸水的海绵，当它吸纳电荷时就是这样。这种材料日前被创造出来，研发者是奥斯汀（Austin）得克萨斯大学（University of Texas），这种材料可用于“超级”储能设备，具有非常高的存储容量，同时保留其他优秀属性，比如超高速能量释放，快速充电时间，使用寿命至少有1万个充/放电周期。

“这些特性使这种新形态的碳特别有吸引力，可以满足电能储存需求，这也需要快速释放能量，例如，在电动汽车上，也要理顺间歇性能源的电力供应，这些能源比如风力和太阳能发电，”布鲁克海文国家实验室的材料科学家埃里克•斯塔奇（Eric Stach）说，他联合撰写了论文，描述这种材料，发表在《科学》上，时间是2011年5月12日。

作者: jsy 时间: 2011-7-18 23:29

超级电容器类似电池，因为两者都存储电荷。电池需要化学反应，就是金属电极和液体电解质之间的反应。由于这些化学物质需要时间来进行反应，因此，能量储存和释放相对缓慢。但电池可以储存大量的能量，释放需要相当长的一段时间。

另一方面，超级电容器存储电荷的形式是离子，在电极表面存储，类似静电，而不是依靠化学反应。充电电极导致离子在电解液中分离，也叫两级化，这样，电荷就被存储在连接处，就是电极与电解液之间的交界处。孔隙在电极上增加了表面面积，在这上面，电解质可以流动和互动，这就提高了能量的储存。

但是，由于大多数超级电容器不能像电池那样存储同样多的电荷，它们的使用就局限于一些地方，就是少量能量的迅速需求，或很长的使用寿命必不可少的地方，比如移动电子设备中。
这种新材料的开发者是奥斯汀德克萨斯大学研究人员，这种材料可以改变这一点。它制成的超级电容器具有的能量存储容量，或能量密度，接近铅酸电池，同时保留了高功率密度，也就是快速能量释放，这是超级电容器的特点。
“这种新材料结合了两种电力储存系统的属性，”得克萨斯大学小组领导罗德尼•鲁夫（Rodney Ruoff）说。“我们惊叹它出色的表现。”

奥斯汀德克萨斯大学小组已经着手创造更具多孔形态的碳，他们使用氢氧化钾（potassium hydroxide）重组化学上改进了的石墨烯薄片，这种薄片就是一种形态的碳，其中的原子排列为瓦状环，平铺形成单原子厚的薄片。这种“化学激活”先前曾用来研制各种形式的“活性炭”，它们有孔隙，可增加表面积，用于过滤器和其他地方，包括超级电容器。

但是，由于这种新形式的碳是如此优越，胜过其他用于超级电容器的材料，奥斯汀德克萨斯大学的研究人员知道，他们表征这种结构需要在纳米尺度进行。

鲁夫形成了一个假设，就是材料包含连续三维多孔网络和单原子厚的壁，具有一个重要部分，就是“负曲率碳”（ negative curvature carbon），类似外翻式巴基球（buckyballs）。他去找布鲁克海文国家实验室的斯塔奇，协助进一步从结构上表征，以验证或反驳这个假设。

斯塔奇和布鲁克海文国家实验室的同事苏东（Dong Su）进行了广泛的研究，场所有实验室的功能纳米材料中心，国家同步辐射光源（National Synchrotron Light Source），以及劳伦斯伯克利国家实验室（Lawrence Berkeley National Laboratory）的国家电子显微镜中心，三个设施的支持者都是能源部科学办公室。“在美国能源部实验室，我们在世界上分辨率最高的显微镜，我们真正全面地刻画了这种原子的结构，”斯塔奇说。

“我们的研究显示，鲁夫的假设其实是正确的，这种材料的三维纳米结构包含网络，属于高度弯曲的单原子厚的壁，会形成微小孔隙，孔隙宽度范围是1至5纳米，或十亿分之一米。”
研究内容包括详细图示的细微孔隙结构和碳壁本身，这些图像也表明，细节如何融入大局。 “国家同步辐射光源（NSLS）的数据也很关键，说明我们高度局部的特征可代表整体材料，”斯塔奇说。

“我们仍在联合鲁夫和他的团队，协力完整地描述这种材料的结构。我们还增加了计算研究，以帮助我们了解这种三维网络如何形成，这样，我们有可能定制孔径最佳尺寸，进行特定的应用，包括电容存储，催化，以及燃料电池，”斯塔奇说。

与此同时，科学家们说，这种处理技术用来创造新形态的碳，很容易升级到工业生产。“这种材料这么容易制造，采用的是宇宙中最丰富的元素之一，将广泛影响研究和技术，在能量储存和能量转换上都是这样，”鲁夫说。

原子分辨率电子显微镜图像显示的活性石墨烯，表明这种材料包含单一片状结晶碳，高度弯曲，形成一种三维多孔网络，来源：布鲁克海文国家实验室

作者: jsy 时间: 2011-7-18 23:33
Autosorb-iQ用于石墨烯基超级电容器的研究在《科学》（Science）杂志发表
美国康塔仪器公司 2011-6-2 19:47:30

　　德克萨斯大学奥斯汀分校机械工程系材料科学与工程教授Rodney S. Ruoff领导的科研团队成功制备出一种由石墨烯衍生出的新型三维多孔碳材料。利用该材料作为电极组装成的超级电容器，其能量密度可达到铅酸电池的水平，同时还保持超级电容器固有的高功率输出和极快的充电速度，有望应用于电动汽车以及解决风能、太阳能等间歇性能源的存储问题。这一发现意义深远：它有望使超级电容器存储的电能大大增加至电池的水平，将成为电化学储能设备和其他许多前所未有的研究领域的一个里程碑。

　　电化学储能设备中，超级电容器被比喻为“百米运动员”，其能量转移速度和效率都非常高，但是通常储存的电能少;而电池更像是“马拉松运动员”，具有较高的能量存储能力，充放电速度虽然慢但较稳定。“我们合成的新型碳材料像海绵一样具有大量的纳米级微孔，其比表面积达到了3100平方米每克(两克此种材料的表面积就和一个美式橄榄球场的大小相当)，它的导电性也比一般材料高得多。

　　这项工作主要是由该研究小组的博士后研究员朱彦武博士及合作者来完成，于5月12日发表在《科学》(Science)杂志的在线预印版本ScienceXpress上。该小组的另一位博士后蔡伟伟博士也参与了此项研究。德克萨斯大学达拉斯分校的研究人员、布鲁克海文国家实验室的科研工作者以及佛罗里达美国康塔仪器公司的科学家也参与了这项工作。

　　其中，美国康塔仪器公司的Autosorb-IQ和NOVA被用于对合成的新型碳材料的孔结构、孔容和比表面积进行表征，通过研究N2@77K, Ar@87K及CO2@273K不同吸附质、不同吸附温度的实验等温线，可得到包括孔结构在内的丰富信息，与TEM、XRD等实验结果相互印证，为材料合成、应用提供关键信息。　　

　　来源：
　　www.sciencexpress.org / 12 May 2011 / Page 3 / 10.1126/science.1200770

作者: 78299876 时间: 2011-7-19 15:19
可望而不可及啊

作者: diandongchemi 时间: 2011-7-20 20:33

这是个好消息。就算现在已经开始批量生产，到老百姓能用，起码也得等2年后才有可能
sheji 发表于 2011-7-12 23:35

唉！

作者: lczjjyy 时间: 2011-7-21 14:16
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作者: maozj 时间: 2011-7-23 01:53
目前充其量只是在实验室阶段，何时能进入商业化还无从考量。

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