简介

一、技术背景
石墨烯是一种由碳原子紧密堆积而成的新型二维晶体，具有超高的比表面积（2,620 m2g-1）、超高的载流子迁移率（2105 cm2V-1s-1）、超高的热导率（5,000 Wm-1K-1）和高的机械强度（130 GPa），广泛应用于新能源、信息技术及热管理等领域。经过近十年的发展，石墨烯的基础研究与大规模应用已进入快速增长期，已成为世界高新技术的战略制高点，引起世界各国的高度重视。美、英、日、韩等国已设立专项研究项目，IBM、Intel、Samsung、Nokia、Sony等著名公司也投入巨资研发。但石墨烯的规模化制备及产业化应用刚刚起步，充满了诸多的机遇和挑战。
基于优异的导电性和超高的比表面积，石墨烯被认为是下一代储能器件的理想电极材料。锂硫电池因其很高的比能量密度(2,564 Wh/kg)，为商业钴酸锂电池的7倍，可满足电动汽车的需求，市场巨大。该技术瓶颈为其电化学稳定性差。利用石墨烯的高导电率、可剪裁性和柔性特征，通过独特的复合设计，可显著提高锂硫电池的稳定性，同时具有较高的能量密度和功率密度，进而改善动力汽车的效率和性能，并为柔性移动电子设备提供电源。

二、技术原理
发明全新的具有自主知识产权的可规模化生产的干法剥离技术，可克服传统液相剥离法的缺点。选用边界选择性反应的分子辅助剥离，保护石墨烯平面结构，产率达到90%以上，分散性良好，所得石墨烯成膜后的导电率高达1,200 S/cm、抗氧化温度高达650°C，性能指标名列国际前茅，可满足在众多领域的实际应用需求。

三、应用影响
超级电容器具有充电时间短、使用寿命长、温度特性好、节约能源和绿色环保等特点。
石墨烯具有高比表面积、优良导电率和稳定化学结构，通过掺杂或结构设计，可成为下一代高性能超级电容器的电极材料。石墨烯基超级电容器的研制对推动我国电容器行业的发展，提升行业竞争优势具有重要的意义。

四、适用范围

应用领域：电动汽车；太阳能设备、不间断电源、风能设备、电梯、燃料电池车、混合动力汽/卡车/巴士等。

五、技术指标

目前，本技术已通过中试，进入生试阶段，可以大量生产。另外，我所发展新型多孔石墨烯的构建技术，获得高氧化还原电位、最优能量密度的超级电容器材料。该技术在不影响石墨烯导电性的情况下，增加电极的活性位点，大幅度提高比容量，达850 F/g，远高于文献报道值（300 F/g）。水系电解液器件的质量能量密度达65 Wh/kg、体积能量密度达45 Wh/L，在有机电解池中的能量密度达100 Wh/kg。能量密度可与铅酸电池相媲美，功率密度（52 kW/kg），为铅酸电池（<50 W/kg）的1000倍以上，是迄今为止最优能量密度的超级电容器。

工艺流程简介

技术特色

技术优势
本技术团队具有以下优势：
本课题组为国内较早开展石墨烯制备及应用研究的团队，已积累了丰富的研究与应用经验，取得了在国内外有一定影响力的成果；
已在国际高影响力期刊上发表论文50余篇；
在规模化制备方面也积累了许多经验，发展了多种高质量石墨烯的大规模制备及应用技术，申请发明专利和PCT专利30余项，并有多项专利已转让实施。
本技术优势如下：
设计并制备了高导电石墨烯/硫分子复合结构，用以捕获硫分子并限域多硫离子；
有利于锂离子的快速嵌入与脱出及电子的快速输运；
有利于缓解充放电过程中的体积膨胀效应；
同时可利用轻质石墨烯作为集流体替代传统的铝箔，在2C时比容量为620 mAh/g，200次循环后保持率大于85%，库伦效率大于96%。
技术创新点：
揭示石墨烯的生长机制；
发展出超高比表面积石墨烯的规模制备技术，建立能量密度为20 Wh kg-1和10,000次循环、性能保持率达90%的超级电容器的制备技术；
构筑二维/三维石墨烯网络结构的自组装技术，基于高导电二维/三维石墨烯网络结构的高导电能力，研发出器件能量密度大于300Wh kg-1的石墨烯锂硫电池的制备技术。