2014年超电年会陈立泉:超级电容器要有自己的“黑匣子”

时间:2014-12-25 15:19来源:《超电世界》杂志 作者:夏至
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中国工程院院士陈立泉
各位领导,各位专家,很高兴有这个机会参加超级电容器年会。
我(的研究)是和锂离子电池材料有关的,首先我要介绍一下跟超级电容器密切相关的锂离子电池的情况。锂离子电池跟超级电容器应该是堂兄弟,不是表兄弟。
    现在锂离子电池跟超级电容器越来越靠近了,我简单介绍一下相关情况。既然锂电池和超级电容器是堂兄弟。
    第一个是锂离子电池的发展对超级电容器的启示,锂离子电池是中国、日本、韩国的市场,通常说的中日韩是世界锂离子电池的强市场。其实应该是韩国第一、日本第二、中国第三。
    当时日本占据了整个锂离子电池市场,突然冒出了韩国,韩国占40%多,日本人30%多,中国人占20%多。从市场占有率讲韩国第一、日本第二、中国第三。为什么日本从独占市场直接滑到世界市场的30%多呢?而韩国为什么达到40%多呢?我们应该有所感悟,为什么韩国后来居上呢?开始韩国并没有优势,它借鉴了日本的经验,由于两个国家很近,日本的科学家和教授可以利用周末的时间到韩国传播他们的经验和教学,甚至有一些技术进行交流。
(为发展本国锂电池行业)韩国政府出钱从日本买了设备,韩国人进行解剖和分析。最后,韩国人发展了自己的设备,造出来的设备比日本还好,性价也比高于日本,逐渐日本失去了竞争优势。
   在这种情况下,日本人就提出要找材料的黑匣子。大家知道飞机有一个“黑匣子”,它就先在材料上先走一步,当韩国人把黑匣子解开的时候,最起码花几个月到一年的时间,日本人希望在材料上先走一步,永远保持材料的“黑匣子”,优于韩国人,这是日本人的策略。
    在这种情况下中国人怎么办?我自己觉得我们既要学韩国人,也要学日本人。学韩国人是说我们中国的企业家、公司不要老去买韩国、日本的设备,我们应该由政府出钱跟韩国人学习,引进先进的设备,我们也进行分析,看一看哪些地方人家是先进的,哪些值得学习。哪些地方做的不够,我们再改进,做出我们自己全自动化的(东西),(不管是)锂离子电池设备还是超级电容器设备,都要向韩国人学习。
    最近工业和信息化部已经支持广州中研院做全自动化设备的工作,我觉得这是一个功德无量的事情。我希望中国的企业家来支持我们自己的设备,不要总是去买外国人的设备。
    向日本人学习是我们希望我们自己在材料方面应该有我们自己的创新,习近平主席提出来我们要创新,这是对的。但是我们现在真正做到创新也是不容易的,首先是在思想上我们一定要创新,不要老跟着人家走,如果这个思想不改变的话,我们很难走出一条道。
我们国家前两年做铁锂电池,一窝蜂的都在做。从今年开始国家出台了一个政策,对铁锂电池补助减少了,而且提出来2015年我们电池组的能量密度要达到一百到一百五十瓦时每公斤,它(企业)肯定达不到。所以现在就一窝蜂的做三元材料,一窝蜂的往一个方向走,这是一种不好的现象,对我们企业的发展也是不利的,我希望能够多元化。
    比如说法国现在有三千多辆电动出租车在进行运营,他们用的就是铁锂材料,用的PEO做电解质,用金属锂做负极。这个电池的工作温度是60℃到80℃,这就跟超级电容器有关。电池在启动的时候,温度如果达不到60℃到80℃,这个时候就用超级电容器帮它启动,帮它供电。所以我说锂电池和超级电容器是堂兄弟,就是这么一个道理。人家可以用这个来做,我们为什么就一窝蜂的改变了呢?这是我们国家行业方面的一些问题,我希望我们国家的锂离子电池应该是这么一种状况:比如说韩国和日本,他们用的是亚酸里头参锂的NCA正极材料,如果能和硅碳负极配对,能量会提的很高,但是现在国内很少有人用NCA正极材料。我们硅碳负极一直在做,但是有很大的困难。很大的原因是我们的企业不太愿意支持这样的工作,产业化初期的工作他们不太愿意去做,这是我们行业里头的一个通病。
    我们行业里还有一个问题,我们不太尊重知识产权,总是希望从别的企业挖人,把技术挖过去。这样的代价看起来很小,但是他不知道这个人熟悉的只是某一个方面,不可能挖一个人过去什么都知道。所以希望我们的企业家,包括做超级电容器的企业家,能支持偏基础的研究,或者说应用基础研究,能够跟这些研究单位合作起来,我们有大量的大学实验室,有大量的研究院、研究所。以中国科学院为例,大概有42个单位从事跟锂离子电池有关的工作,我们这种单位相当多国内从事锂离子电池研究的单位究竟有多少?我想谁也不知道。如果你要分一流、二流、三流的话,很多都是不入流的单位,这些单位名气很小,但是不等于这些单位不是藏龙卧虎的地方。这些不入流的地方,有很多教授和研究人员是很有水平的。
 所以我希望我们的企业家能够把眼光放远一点,跟这些单位进行合作,签订合作协议,看一看你们企业需要什么东西,大家一起努力解决这样的问题。
   锂离子电池的另外一个倾向是往电容器发展,叫做电容电池。它既具有电容的特点,也具有电池的特点,就是把两者的优势给结合起来。所谓电池的特点,就是它的容量可以比较大,电容器的特点是充放电的速度可以比较快,综合了电容和电池的特点,它的容量会比锂离子低,充放的速度也比电容器小。但是它的确有两者的优点,这是锂离子电池发展的一个倾向。我希望超级电容器的企业能够结合起来,把超级电容器的能量密度往上提,根据超级电容器的要求,根据应用的要求,可以适当的来改变锂离子电池电容的这种性质。
前几年有一位工程院的院士在推销一种液氢电容电池,液态超电容,实际上就是里面加了活性炭,可能会带来一些安全问题。因为活性碳加进去以后,有一些氢气、氧气不能混合,就会带来安全问题,出现事故。我觉得这里面有一些忽悠的东西,我觉得是什么就是什么,不要因为忽悠我们做一些新的名词。其实这个概念也不是新的,有人参加了鉴定,请专家做鉴定,鉴定组组长就鉴定为——国际领先。我当时就问你为什么这么鉴定?他说当时有一个条件,如果说国际上没有在电池里头引入电容的概念,这个是世界领先的。但是实际上这位鉴定组的组长没有看或者说没有看到这个文献,电容电池这个概念在零几年文献上就提出来了。
    另外一个是目前在发展的钠离子电池和以钠离子电池为基础的超级电容器,这个工作也是需要大家关注的。它的电容量相当大,可以做到水溶液里面。因为任何国家只要靠海,钠的资源就会很丰富。我们国家的锂资源、钠资源还是很丰富的,所以以钠电池或者以钠为基础的钠的超级电容器,也是值得关注的。
    最近有一个美国公司,是比尔盖茨投资的,据说投资了一亿美金来支持这个公司。它们也很厉害,很希望打入中国的市场,美国这家公司在电解液里面加了一些锂,而且用锰酸锂加入里头,可是这个专利已经被复旦大学夏教授申请了。所以说美国这家公司要打入中国市场还是有一点距离,但是它已经做到相当大的兆瓦极了,能量密度比铅酸电池略低,每公斤20瓦时左右,在储能上也是值得考虑的一个事情。锂离子电池也可以做水溶液,去年的时候也是湖南大学一位教授说是充电多少秒钟汽车可以跑一百公里还是一千公里,这里头是锂的水溶液电池。因为我自己的学生做过这方面的工作,复旦夏教授也做过这方面的工作,电容量也是蛮大的,使用寿命也是相当高的。大家可以去查复旦夏教授的文章,可以循环上万次,循环性相当好。
    但是我的学生做上万次肯定做不到,我这里头问了夏教授,我说为什么我的学生做的循环性不好,你的循环性好。他告诉我一个很重要的原因,它是用大倍率充放上万次就可以了,如果说水溶液电极电压稍稍高了一点,超过了水的分解电压的话,电极要发生反应。如果说慢慢充放的话,循环性不好,很快充放可以上万次。夏教授也做了这种实验,但是我相信锂的水溶液电池还是可以考虑的。
    美国政府2014年12月份发表了一个材料研究的文件,这个文件里面提出来珊瑚水溶液电池。特别提到了珊瑚水溶液电池,美国人要做珊瑚的水溶液电池,在超级电容器方面是不是有可能,这是一个动向。
还有一个是石墨烯的超电容,我今年2月份到宁波现场看了一下,和徐院士一起去的。去之前我也对石墨烯锂离子电池做了一些调研,觉得网上的一些消息带有忽悠的成份。说石墨烯可以做到循环性多好,能量多高的锂离子电池,这个是我不相信的。做锂离子电池的正极有没有可能?有可能,正极的容量有可能会高一些。所以我不排除锂离子电池可以用石墨烯做正极,但是怎么做需要研究,石墨烯没有问题,但是跟其他的活性炭比它到底有多少优越性,现在没法做判断。。
今天的会议是标准化会议,对超级电容器提出来标准化可以说是正当时,所以我希望超级电容器作为新型行业,在做之处就一定要把标准化考虑进来,包括它准入的门槛都要考虑。
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