项目内容介绍：

主要技术亮点，包括项目或展品意义、项目或展品先进性和创新点、预期经济效益、科技成果鉴定情况及获奖情况、专家鉴定意见及有关评价等超级电容器是一种介于传统电容器和电池之间的电化学储能装置，近到公交车、电子玩具、应急照明灯，远到智能电网、发电站等都有其用武之地，全球需求量快速扩大，已成为电源电池领域内新的产业亮点而被世界各国广泛关注。当前，国内相关企业也都在扩大生产规模，增加产品的多样性。

目前商业用活性碳材料的超级电容器，其单体功率和能量密度仅为14 KW/kg 和8 瓦时/kg，而在实际应用中的模块功率和能量密度仅为7 KW/kg 和4 瓦时/kg。其容量、能量密度以及功率密度远远不能满足当今社会对绿色和可持续能源的需求。通过合理的结构设计来提高比表面积、优化孔径分布和实现表面掺杂，进而寻求性能优异的碳基电极材料是超级电容器电极材料研究的热点。

石墨烯超级电容器是新一代超级电容器，为基于石墨烯材料的超级电容器的统称。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，石墨烯超级电容器的功率密度远高于锂电池，充电时间短，可大电流充放电，最大优点是短时间高功率输出。中国中车株机公司近日自主研制的新一代高比能石墨烯超级电容模组近日在浙江宁波问世，其核心参数“比能量密度”高达11 瓦时/ 公斤，比目前美、韩等国创造的5 瓦时/ 公斤的水平提高了一倍。然而现有制法还不能满足石墨烯产业化的要求，包括微机械剥离法、外延生长法、化学气相沉淀CVD 法和氧化石墨还原法在内的众多制备方法目前仍不能满足石墨烯超级电容器产业化的要求。特别是产业化要求石墨烯制备技术能稳定、低成本地生产大面积、纯度高的石墨烯，这一制备技术上的问题至今尚未解决。虽然吨级以上的石墨烯生产线已经建成，但尚未真正实现高质量石墨烯的规模化生产及应用。其中主要原因是由于目前商业化的石墨烯产品普遍存在尺寸和层数不均匀、单层石墨烯含量低、比表面积远低于理论值、无法分级等问题。

小分子直接合成石墨烯材料具有结构简单易控、反应条件温和，以及使用过程环保性高等优势，在超级电容器和燃料电池等多种重要的能源存储过程中有潜在优异性能，被认为是传统金属（尤其是贵金属）或金属氧化物电极材料的有效替代品或有益补充，也是材料和催化领域内最活跃的研究方向之一。

项目创新点：

1. 项目创新性地选择含氮生物质作为前驱体，一步热解合成石墨烯材料，石墨烯材料比表面积达500 m2 g-1 以上；

2. 项目中首次拟采用配位自组装法，借助水热、离子热方法对生物质预碳化，高温二次处理生产石墨烯；并通过调节pH 值和生物质浓度，对石墨烯的结构和表面状态进行调控；

预期经济效益：

石墨烯的规模制备具有重要的学术意义和应用价值。基础研究方面，本项目将建立生物质石墨烯材料的低成本制备工艺生产线。这一新生产工艺有望解决石墨烯产品供不应求的燃眉之急，是对常规石墨烯材料制备方法的有益补充。生物质基石墨烯材料表面易于调控的化学性质、独特的共轭特性和化学结构（仅具有表面氧物种，无晶格氧）使其在作为超级电容器电极材料方面具有特殊的优势。本项目的成功实现将为石墨烯超级电容器应用奠定坚实的基础。同时，基于本项目的研究，培养一批高层次创新型石墨烯材料制备和储能应用人才。作为一种安全、超长寿命、可快速充放电的新型绿色储能器件，超级电容器在新能源行业的应用面越来越广。高性能石墨烯材料是石墨烯超级电容器的核心，其低成本制造将极大降低超级电容器的制造成本、拓宽其应用范围、提高国产产品在国内和国际市场中的竞争力，具有重大的经济效益。