11 观点呈现

　　石墨烯对于超级电容器的应用

　　（一）

　　石墨烯超级电容器是一种特殊的电容器，拥有异常高的导电性和大表面积，在能量储存和释放的过程中比同类产品有较高的优越性。由于石墨烯独特的二维结构和出色的固有的物理特性，诸如异常高的导电性和大表面积，石墨烯基材料在超级电容器中的应用具有极大的潜力。石墨烯基材料与传统的电极材料相比，在能量储存和释放的过程中，显示了一些新颖的特征和机制。石墨烯对比过去的双电层电容器的电极材料提供了一个很好的替代。与传统的多孔碳材料相比，石墨烯具有非常高的导电性，大的表面积及大量的层间构造。因此，基于石墨烯的材料非常有利于它们在双电层电容器中的应用。

　　基于多孔电极材料的超级电容器具备快速的离子传输性能，高的功率密度，长的循环稳定性进而用于高效储能。超级电容器的产业链涉及材料攻关、器件组装和应用示范等方面。其中，电极材料是核心，决定器件性能，约占生产成本30%。目前存在的行业瓶颈是电容炭国产化有待提高以及石墨烯实际应用有待加强。当前，电容炭严重依赖进口，每年需求大于6000吨，且每年以20%的速度增长。

　　12 观点呈现

　　石墨烯对于超级电容器的应用

　　（二）

　　新材料可能有助于超级电容器在能量密度方面更好地竞争。石墨烯具有一种特性，使其特别有希望用于超级电容器，暨超大比表面积。这种高度多孔的石墨烯可以多层堆叠，而每层的两侧都可以接近。在实验中，这使得石墨烯超级电容器的能量密度增加了一倍或两倍。一层碳原子并不能储存多少能量，但是可以堆叠数百甚至数千层的时候，能量就会非常的巨大。

　　多孔炭材料是指具有不同孔结构的碳素材料，期孔大小从具有相当于分子大小的纳米级超细微孔直到适于微生物增殖及活动的纳米级细孔。作为新材料，多孔炭又具有耐高温、耐酸碱、导电、传热等一系列优点。多种形态的活性炭是这种材料的典型例子，它们在气体和液体的精制、分离以及水处理和空气净化等方面已经得到广泛的应用。

　　碳材料可以被用作电池的电极材料和集电体。多孔炭已经在电双层电容中被用作极化电极。这种可快速充放电的电双层电容可作为小型后备电源用于声频—视频设备、微机以及各类通讯设备和太阳能钟表等家用电器中。目前，不断发展的燃料电池和各种新型可充放电的二次电池中，不同类型的多孔炭材料都是不可缺少的或正在考虑使用的电极材料。

　　13 观点呈现

　　石墨烯对于超级电容器的应用

　　（三）

　　电容炭是一种高端活性炭，指标体系复杂、工艺路线长、条件苛刻、工艺控制点多、装备要求高，属高技术门槛的复杂系统工程。石墨烯翻开了二维材料的新篇章，有望带来能源存储与转化、电子、航空航天等领域的技术革命。电容炭是超级电容器的关键材料，是活性炭领域的特殊高附加值品种，尚未实现国产化，对外依赖度极高。

　　石墨烯超容应用的机遇与挑战应用对超级电容器性能提出了更高需求，石墨烯的应用有望大幅改善器件储能性能。目前，石墨烯产业化遍地开花，盛况空前。长三角、珠三角、环渤海、西南地区形成集聚区。要充分发挥石墨烯在储能中的作用，要从规模化制备到器件级应用发展，努力打通料-材-器-用的创新链条，对接电动汽车和新能源等新兴产业，形成一条全新的产业链，进而实现自主知识产权的规模化生产线，真正打破国外垄断。

　　近年来在柔性和可伸缩储能器件的材料探索、结构设计、制造方法和集成组装方面也取得很大的进展。实现柔性和可伸缩性储能器件主要可以从新结构的设计和柔性材料的探索两个方向着手。目前，碳基材料，包括CNF、CNT、石墨烯、石墨烯及其复合材料，正在取代传统的铜箔和铝箔作为集流体，并负载活性物质，用来制备可弯折的柔性锂离子电池和超级电容器。同时，“纸电极”、海绵状、多孔框架、螺旋弹簧等多种多样有趣的电极结构设计，也促进了柔性储能器件的发展。

　　14 观点呈现

　　石墨烯对于超级电容器的应用

　　（四）

　　要实现柔性储能器件的实际应用还有很多问题和挑战。例如探索低成本、大规模的工业生产技术，提高柔性装置的循环稳定性等。

　　未来柔性储能器件的发展可能会集中在以下几个方面：

　　1.电极材料研究。通过开发新材料或者复合材料，来进一步提高电极的电导率和电化学稳定性，同时增加比容量和能量密度。

　　2.固态电解质的开发。寻找离子迁移数高、电导率高、与电极材料相容性好的固态电解质，增强固态电解质的导电率，提高电池安全性能和机械性能。

　　3.减少集流体、粘结剂及导电剂，不但能够提高储能器件的能量密度，还能促进柔性电极的发展。

　　4.电极结构的设计。从简单的纸张型、织物型到复杂的弹簧型、波浪型电极，新颖的设计层出不穷。

　　5.新的生产工艺。从传统的涂布卷绕工艺到沉积、刻蚀、喷墨打印等技术的应用，柔性储能器件正在向精细化发展。