中科院山西煤化所：电容炭国产化技术实现新突破

      一吨3000元的玉米淀粉，在工业示范线上转一圈，就变身为价值30万元的电容炭。好消息是，让玉米淀粉身价提高100倍的这条500吨工业示范线，将于今年年底，在清徐精细化工循环产业园建成。这是我省、我市在新材料、新能源领域的新布局，是美锦能源与中科院山西煤化所强强联手实现的新突破，对于全省产业链的延长、优化产业布局、全方位推动高质量发展具有重要意义。

  中科院山西煤化所研究员、709课题组组长陈成猛从2015年起就带领团队投身于电容炭国产化技术的攻关，对于新材料的开发，整个团队有情怀、有能力、有信心。

  抢抓未来发展机遇

  “电容炭是超级电容器的电极材料。电容炭指标关系着超级电容器的储能特性。目前，超级电容器在各领域应用前景非常广阔。”陈成猛介绍，超级电容器是一种高效储能器件，广泛应用于国防军工、轨道交通、城市公交、智能电网、消费电子等重要领域和环节。

  相比电池而言，超级电容器的充电和放电方式为离子的物理吸附与脱附，不发生化学反应，充放电速度非常快，像一名短跑运动员，几十秒到数分钟内即可完成充电。同时，充放电次数可达几十万次，是“双碳”目标战略下一种新型绿色储能器件。

  目前，在上海、宁波、广州等地，已经有了安装着超级电容器的公交车路线，当公交车进站时，利用乘客上下车时间即可为超级电容器充电，实现了“充电1分钟、续航15公里”的目标；在制动时，司机踩下刹车后，还可利用发动机逆变发电，将剩余能量回收为电能，储存在超级电容器中，在此过程中实现了节省能源1%至5%、减少污染排放30%至40%。

  对于一些风能、水力、光伏等可再生能源发电，若使用超级电容器，可平抑发电瞬时波动，改善电能质量，超级电容器应用前景十分广阔。

  自主研发超级电容炭

  作为超级电容器的核心材料，电容炭的研发成为许多国家、机构、企业等竞相探索的方向。陈成猛表示，电容炭是新能源产业的上游，是一种科技含量高、技术门槛高的产品，但当前国内市场大多被一些国外公司垄断，核心技术受制于人，严重制约了我国相关行业发展。

  从全球来看，制备超级电容炭的原料可以分为三类，第一种是生物质，如市场占比较高的椰壳炭。第二类是矿物系，包括石油沥青和煤沥青等。第三类是酚醛树脂等高分子。“但这些材料有的价格太高、有的性能不佳。我们尝试了数十种原料，最终开发了淀粉基电容炭制备的新工艺。因其主要原材料为淀粉，来源广泛、成本可控，且独特的微观结构有利于实现电容炭孔结构的调控，既有利于提高储能器件的容量，又能降低生产成本。”陈成猛说，“电容炭的研发过程充满艰辛，但研究成果令人惊喜，目前，从衡量超级电容器的三个性能指标：功率密度、能量密度和循环寿命来看，我们研制的电容炭主要指标都不错，并不输给国外竞争产品，另外，由于采用创新原材料体系，一些指标还有较大优化空间。”

  加速推进产业落地

  2016年，由美锦能源出资，中科院山西煤化所组织技术团队，共同启动了超级电容器核心电极材料——电容炭的国产化技术攻关。

  历经3年科研攻关，于2019年上半年在煤化所中试基地建成10吨级电容炭中试示范线，拥有了全套自主知识产权，批量生产出合格电容炭产品，产品技术指标达到国际先进水平。

  如今，500吨级电容炭工业示范线即将建成。建成后，预计产值可达上亿元，能够解决就业岗位100余个。

  多年致力于产学研合作，陈成猛对一个产品从实验室走向产业化的路途有自己的见解，“对于高校和院所来讲，产出高科技、先进技术需要悉心孵化和培育，需要战略定力，一般情况下，将实验室技术进行中试熟化后，转化成功率相对较高，投资风险也小得多。我们要将论文写在祖国大地上，深入了解产业需求，将技术能力转化为商业价值，服务高质量发展。