公司通過(guò)與西安科技大學(xué)、西安交通大學(xué)、中南大學(xué)、咸陽(yáng)非金屬礦研究院等高校、科研機(jī)構(gòu)建立的長(zhǎng)期產(chǎn)學(xué)研合作關(guān)系,在高性能雙電層儲(chǔ)能電源領(lǐng)域已積累了豐富的科研成果,其中多項(xiàng)具有工程化與產(chǎn)業(yè)化實(shí)施前景。
1、多層梯度復(fù)合電極設(shè)計(jì)與制作技術(shù)
設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)的一種多層梯度復(fù)合的電極結(jié)構(gòu),由集流體層、導(dǎo)電層、活性層和增塑層等依次層疊而成,其關(guān)鍵點(diǎn)在于將活性物質(zhì)協(xié)調(diào)分布于除集流體層外的其他各層中。這一方面使得各層之間形成自然過(guò)渡,改善了層與層之間的相容性,提高了電極結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性,另一方面,更多的活性物質(zhì)能夠分布在電極各層之中,增加了電極上活性物質(zhì)的裝載率,同時(shí),活性物質(zhì)與電極各層中的導(dǎo)電組分之間的聯(lián)系也得以增強(qiáng),有利于電荷在整個(gè)電極結(jié)構(gòu)中的快速傳遞。該電極具備高導(dǎo)、富孔、高塑性等顯著特征,在有效控制成本的前提下,大幅提高產(chǎn)品性能。制作的雙電層儲(chǔ)能電源適用于電網(wǎng)儲(chǔ)能、軌道交通、應(yīng)急電源等眾多市場(chǎng)領(lǐng)域。
2、高導(dǎo)石墨烯納米片的調(diào)制分散與電極添加技術(shù)
石墨烯材料具有高的比表面積、優(yōu)異的導(dǎo)電性和豐富的微觀結(jié)構(gòu),非常適合用于雙電層儲(chǔ)能電極中,但是其較高的價(jià)格使得當(dāng)前更適合作為添加劑使用。石墨烯最大的問(wèn)題在于堆疊團(tuán)聚,導(dǎo)致其性能優(yōu)勢(shì)難以充分發(fā)揮。為此,采用兩步法調(diào)制勻質(zhì)漿料。首先基于一種無(wú)表面活性劑的水溶液分散技術(shù),即對(duì)石墨烯進(jìn)行特殊處理,賦予其表面一定數(shù)量的電荷,這樣即可通過(guò)靜電斥力阻止顆粒團(tuán)聚、維持懸浮液穩(wěn)定。然后,將預(yù)分散液與活性炭漿料充分混合,制得復(fù)合電極。該技術(shù)直接改變了石墨烯在水中的極性,無(wú)需使用任何表面活性劑,方法簡(jiǎn)單、過(guò)程可控、易于實(shí)現(xiàn),且不會(huì)過(guò)多增加成本,因此推廣應(yīng)用前景可期。利用電極中添加的石墨烯材料可綜合提升超級(jí)電容器的能量密度、功率密度與循環(huán)性能。
3、耐壓離子液體基電解液調(diào)配及與碳電極的相容匹配技術(shù)
雙電層儲(chǔ)能電源面臨的最大挑戰(zhàn)在于能量密度偏低。由于能量密度與電壓成平方關(guān)系,開(kāi)發(fā)具有寬穩(wěn)定電位窗口的電解液體系極具應(yīng)用價(jià)值。離子液體通常具有良好的電化學(xué)穩(wěn)定性,在電位窗口方面優(yōu)于傳統(tǒng)有機(jī)電解液,但是單獨(dú)使用離子液體存在粘度高、電導(dǎo)低、價(jià)格昂貴等缺點(diǎn)。為此,開(kāi)發(fā)了一種基于離子液體作電解質(zhì)鹽、氟醚作非水溶劑的新型耐壓(3.5V)電解液體系。氟醚的使用一方面可以改善了電解液的離子傳輸行為,提高超級(jí)電容器的功率特性,另一方面作為一種阻燃成分,提高了電解液的耐火性和安全性。此外,氟醚的弱極性使得溶液離子大多以裸露離子而非溶劑化形式存在,因此電極材料中更多與裸離子尺寸相近的孔隙結(jié)構(gòu)得以利用,同時(shí)在電極/電解液界面建立的雙電層層間距更小,導(dǎo)致雙電層容量增加。
4、活性炭/鈦酸鋰非對(duì)稱(chēng)混合型電容電池及定制化電解液技術(shù)
混合型電容電池兼具超級(jí)電容高比功率、長(zhǎng)壽命和二次電池高比能量的優(yōu)勢(shì),能夠很好的彌補(bǔ)雙電層儲(chǔ)能電源能量密度偏低的缺陷,近年來(lái)得到產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域的極大關(guān)注。其中正極采用活性炭等材料作為雙電層儲(chǔ)能、負(fù)極采用嵌鋰化合物作為電化學(xué)儲(chǔ)能的混合體系構(gòu)建,在比能量的提升空間上相對(duì)要大,成為主要發(fā)展方向。采用了鈦酸鋰這一具有零應(yīng)變特性與優(yōu)異循環(huán)性能的材料與活性炭混搭,同時(shí)考慮到兩種儲(chǔ)能原理,對(duì)電解液進(jìn)行了定制開(kāi)發(fā),為正負(fù)極匹配具有高分解電壓和高離子電導(dǎo)率的鋰鹽溶液。掌握的上述活性炭/鈦酸鋰非對(duì)稱(chēng)混合電容電池及其定制化電解液技術(shù),充分發(fā)揮了電容與電池二者的特長(zhǎng),在電動(dòng)汽車(chē)領(lǐng)域具有良好的應(yīng)用和發(fā)展前景。
圍繞上述技術(shù),公司依托西安科技大學(xué)、中南大學(xué)等高校,積極進(jìn)行專(zhuān)利布局,掌握了系列自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)。目前主要取得了超級(jí)電容器單體的試驗(yàn)報(bào)告: