鋰離子電容器是一種高功率新型儲能器件,兼具高能量密度、長壽命等優良特性,因此在新能源汽車、軌道交通、智能電網、風力發電、太陽能等領域儲能有著巨大的應用前景。中車四方所引進美國技術建成單體生產線,在關鍵電極方面具有極大的需求量,然而關鍵電極的制備技術基本掌握在國外企業手中,因此中車四方所聯合青島能源所進行鋰離子電容器關鍵技術攻關。
2021年底,該攻關項目,成功立項山東省重點研發計劃(重大科技創新工程)。青島能源所先進儲能材料與技術研究組武建飛研究員和孫曉林高級工程師帶領研究團隊在對活性材料、導電材料、電解液等系統研究的基礎上,對電極制造工藝進行了努力攻關,取得了重要的進展。通過對生產設備設計改造、炭材料優化改性及可控的穿孔集流體設計,確定了電極生產模式,最終成功制備出柔軟性好、高負載量、剝離強度高的高性能電極,目前已經為中車四方所提供了小試生產電極樣品(圖1)。利用該小試生產電極,結合研究組自主開發的電化學預嵌鋰技術,多功能電解液及單體獨特的集成技術,開發出的鋰離子電容器600F單體倍率性能優異,循環壽命取得關鍵性重大突破,達到50萬次,容量保持80%(專利CN202110562980.4; CN202110907508.X)。循環壽命50萬次的鋰離子電容器,不僅滿足新能源汽車、智能電網、風力發電、太陽能等儲能系統要求,而且可以應用到對循環壽命要求更高的地鐵能量回收系統領域。
圖1 鋰離子電容器電極制作、產品及600F單體性能
另外,為滿足中車四方所的產業需求,研究組將在萊西中科產業城建成鋰離子電容器關鍵電極中試生產平臺,為鋰離子電容器產業技術轉化提供技術支持。目前廠房已經調研完畢,按照項目時間規劃,預計在6月底完成GMP車間裝修工作,10月底完成電極的批量化供貨任務(圖2)。該平臺的建設將促成鋰離子電容器的完全國產化,打破技術壁壘,可擺脫關鍵部件依賴進口的難題。
上述工作得到山東省重點研發計劃項目、山東能源研究院專項基金的支持與資助。