鋰電世界 隨著能源危機以及環(huán)境問題的日趨嚴(yán)重，社會對基于能源互聯(lián)網(wǎng)的近零碳排放區(qū)推廣非常期待，這對分布式儲能技術(shù)提出更高要求。同時，新能源電動汽車、高鐵/城市軌道交通制動能量回收等領(lǐng)域也迫切需求高能量密度、高功率密度兼顧的電化學(xué)儲能器件。
鋰離子電容器是一種兼具雙電層超級電容器高功率特性與較高能量密度特點的電化學(xué)儲能器件，具有非常好的發(fā)展前景。因此，國家工業(yè)和信息化部《中國制造2025》把高能量密度（大于20Wh/kg）動力型電容列為重點支持領(lǐng)域。然而，由于相關(guān)技術(shù)被國外公司壟斷，國內(nèi)相關(guān)企業(yè)還未掌握核心技術(shù)。近年來，中國科學(xué)院青島生物能源與過程研究所青島儲能產(chǎn)業(yè)技術(shù)研究院研究團(tuán)隊圍繞高能量密度鋰離子電容器的核心電極材料，展開了一系列研發(fā)工作，先后探索了金屬氮化物材料體系（ACS Appl. Mater. Interfaces,2011,3,93）、氮摻雜石墨烯/金屬氮化物復(fù)合電極材料（J. Mater. Chem.,2011,21,5430;2012,22,24918; ACS Appl. Mater. Interfaces,2012,4,658; J. Mater. Chem. A,2013,1,5949; Part. Part. Syst. Char.,2015,32,1006），石墨烯/氧化物材料體系（ACS Appl. Mater. Interfaces,2012,4,658；Scripta Mater.,2013,69,171-174; J. Solid State Electrochem.,2013,17,1479-1485;），多孔氮化中間相炭微球材料（Carbon,2012,50,1355），硅基（ACS Appl. Mater. Interfaces,2013,5,12340）、鍺基（Chem. Mater.2015,27,2189）和錫基材料體系（Chem. Mater.2015,27,6668），并深入分析了相關(guān)材料的儲鋰機制和界面效應(yīng)（ChemPhysChem,2010,11,3219；Coordin. Chem. Rev.,2013,257,1946），最后確定了氮摻雜石墨烯復(fù)合材料路線。
從實驗室的原理論證、小試突破到中試放大，該團(tuán)隊經(jīng)過多年技術(shù)攻關(guān)，突破了石墨烯復(fù)合電極設(shè)計與批量制備、可控均勻預(yù)嵌鋰、充放電脹氣抑制及特殊集流極片涂布等技術(shù)難題，在實踐中總結(jié)出石墨烯基鋰離子電容器制備技術(shù)和工藝，并自力更生設(shè)計建設(shè)了國內(nèi)第一條鋰離子電容器的中試生產(chǎn)線，研發(fā)出最高容量3500F/4V型鋰離子電容器單體，器件的能量密度高達(dá)55Wh/L（20.5Wh/kg）、功率密度高達(dá)5 kW/L，循環(huán)性能好（10000次循環(huán)容量保持率95%以上），低溫性能良好（-30度容量為常溫的72%以上）的鋰離子電容器，相關(guān)器件已通過原輕工業(yè)部蘇州電源所的第三方權(quán)威檢測。
12月22日，相應(yīng)石墨烯基高能量度鋰離子電容器技術(shù)在北京通過了由中國石油和化學(xué)工業(yè)聯(lián)合會組織的專家鑒定和評價。鑒定委員會專家認(rèn)真聽取了工作報告、研究報告、第三方測試報告、應(yīng)用報告及查新報告，審查了有關(guān)技術(shù)資料，通過質(zhì)詢、答辯和討論，一致認(rèn)為該項成果創(chuàng)新性強，總體達(dá)到國際先進(jìn)水平，具有較好的推廣價值，并建議盡快推進(jìn)產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程，滿足國家需求。
此外，鑒于該儲能器件兼顧較高功率和高能量密度，快充快放，非常適合作為能源互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的“能量桶”，青島儲能院正在基于該“能量桶”，利用能源互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)建立一個小型的近零碳排放示范區(qū)。圍繞該儲能器件的關(guān)鍵材料和核心技術(shù)已獲得授權(quán)發(fā)明專利9項，具有自主知識產(chǎn)權(quán)。值得說明的是，2015年初青島儲能院就已經(jīng)利用該器件構(gòu)建48V系統(tǒng)在電動車電源等方面進(jìn)行了示范應(yīng)用，最近青島儲能院正爭取把此技術(shù)盡快用于軌道交通領(lǐng)域。
