宗軍：基于高密度化石墨烯的鋰離子電容器
5月24日，CIBF2018 第十三屆中國國際電池技術(shù)交流會展覽會在深圳會展中心開幕。化學(xué)與物理電源重點實驗室、天津電源研究所宗軍博士在技術(shù)交流會上發(fā)表主題演講。以下是演講正文：
我講一下我們組研究的具體部分工作，報告的題目是基于高密度化石墨烯的鋰離子電容器。報告主要是從這五個方面展開，首先給大家介紹一下背景，然后是介紹我們對石墨烯材料制備的相關(guān)研究，這部分主要是分兩部分，一部分是普通化石墨烯，另一部分是高密度化石墨烯的制備，再一個就是我們的機理研究，另外是機械研究。
對于石墨烯材料來說，大家都耳熟能詳了，學(xué)化學(xué)的人都知道結(jié)構(gòu)決定形式，它的性質(zhì)非常獨特，超大的比表面積，光學(xué)性質(zhì)、電學(xué)性質(zhì)都非常好。制備方法，無非就是兩種，從上而下和從下而上。從上而下理解很簡單，以石墨為原料，經(jīng)過剝層得到石墨烯。
在很多電池體系都有一定的應(yīng)用潛力，實際能不能應(yīng)用感覺還不是特別成熟。我在這兒只評價鋰離子電池和電容器的應(yīng)用，在鋰離子電池當(dāng)中無非就兩種，一種是導(dǎo)電，這個問題就是性價比問題。另一個是作為負極，可能缺點更加明顯，因為密度很低，而且不穩(wěn)定效率很高，作為負極材料是非常忌諱的一點。我個人認為石墨烯鋰離子電池的應(yīng)用不是很成熟，我們看好的是在電容器的應(yīng)用。如果電容器當(dāng)中低正極密度解決不了也無法真正的應(yīng)用，而我們的研究工作正是基于這一點。
我們選的體系是鋰離子電容器體系，為什么選這個體系？因為它有特殊的反應(yīng)機理，通過引入性能較高的材料，會有這三個特點，高能量、高功率以及長壽命，可以說是一種高能量型的電容器體系，這種體系無論是軍口還是民口有一定的應(yīng)用空間。
高密度石墨烯材料制備，這是我們開發(fā)的工藝，特點是快速、低成本，所制備的石墨烯材料，經(jīng)過表蒸（）石墨烯材料屬于非系談（諧音），基本充分剝離了，密度太低，不可能直接用在電極材料當(dāng)中應(yīng)用。
另一個測試也是證明制備材料是高品質(zhì)的，短程有序、長城無須的材料（諧音），現(xiàn)在我們的制備能力跟山西煤礦合作，可以達到工藝的水平。材料雖好，但是密度太低，后續(xù)我們開發(fā)了高密度化的工藝，這個工藝跟預(yù)處理的瓜藤石墨烯處理以后，工藝條件非常簡單，在一般實驗室可以制備20次以上批次。
經(jīng)過高密度化處理以后并沒有改變瓜藤石墨烯非驚嘆（諧音）的特性，無序?qū)拥膭蓬^度（諧音）增加了。經(jīng)過結(jié)構(gòu)分析發(fā)現(xiàn)，孔分布以及孔尺寸大小對材料的性能是至關(guān)重要的，如果孔洞適合電能充分進入，可以充分的發(fā)揮性能。因為沒有靠密度化處理使能量降低，反而能量有所提高，這是我們最終的目標(biāo)。
經(jīng)過工藝的調(diào)試，還有原料的篩選，最終的密度可以做到0.7公斤/升，可以達到電極材料的指標(biāo)。為了很好的理解反應(yīng)過程，我們對機理做了分析，文獻中普遍認為鋰離子呈現(xiàn)的部分，我們部分認同，我們認同（）我們認為不但包括鋰離子的過程，還包括（）發(fā)現(xiàn)能量急劇下降，這個容量衰減是由缺陷引起還是光亮團引起的，通過測試無法確定，所以我們做了電子（22）將石墨烯材料做適度的氧化，能量可以提高。證明了在這個過程中，能量發(fā)揮的主要因素是少量的光亮團，但不是那些缺陷，但缺陷是有一定作用的。
結(jié)合一些鋰化和電化學(xué)的表征，在石墨烯單獨反應(yīng)過程當(dāng)中，不但包括鋰離子的洗脫副還包括陰離子的洗脫副（諧音），我們進行了詳實的測試證明我們的猜想。
我們開發(fā)了低溫（）是非常有效的普遍石墨烯材料的有效方法，制備能力可以達到公斤級。密度可以達到0.7以上，能量非常可觀，影響性能的是孔結(jié)構(gòu)以及微觀結(jié)構(gòu)，以及少量的光亮團（諧音），對于機理方面，在石墨烯的（）同樣涉及到陰離子的洗脫副（諧音）的過程。最后我們做的實驗室和其間容量密度可以突破40瓦時/公斤。
提問：電容器可以做到40瓦時/公斤以上，還是不錯的結(jié)果，用高密度的石墨烯，前面工藝相對比較復(fù)雜，我們有膨脹石墨，它的效果怎么樣？
宗軍：還是有序的狀態(tài)，層間距更打了，能量沒有那么高，相當(dāng)于一張撕碎了再壓實。
提問：這個工作很有趣的一點就是，比能量跟功率之間的（）你覺得最好到哪里？是40瓦時/公斤可以達到極限還是？
宗軍：不是極限，這個實驗只是初步的，可以進一步提高。
提問：孔序影響你的功率，但是你的能量會提高，所以中間一定是一個c of，最好的極限在哪里？
宗軍：我感覺40瓦時/公斤不是極限，功率可以突破萬瓦/公斤，40瓦時/公斤不太急進的說可以達到50瓦時/公斤。
（根據(jù)速記整理，未經(jīng)嘉賓審閱）
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