掌握超級電容發展，這所學院有主動權

近日，中國科學院山西煤炭化學研究所（簡稱山西煤化所）主持制定的國際標準IEC/TS 62565-5-1 Nanomanufacturing – Material Specifications – Part 5-2: Nano-enabled electrodes of electrochemical capacitor – Blank detail specification (超級電容器電極片-空白詳細規范)由國際電工委員會納米電工產品與系統技術委員會（IEC/TC 113）對外正式發布，參與制定單位還包括寧波中車新能源科技有限公司、深圳市標準技術研究院和國家納米科學中心。該標準是超級電容器用電極片的首個國際空白詳細規范，詳細梳理了電極片影響器件性能的化學、物理、結構和電化學關鍵控制特性及其相應測試方法。

核心材料亟待國產化

為什么有的電動汽車啟動提速能力堪比超跑？源于它安裝的超級電容器。如果鋰離子電池是耐力超強，續航給力的長跑選手，那么超級電容器就是爆發力特別猛的短跑健將，基于它獨特的功率特性，超級電容器和鋰離子電池可以互相彌補缺陷，搭配使用。此外，同等體積的超級電容器是普通電容器儲電容量的數萬倍，深度充放電循環壽命可達幾十萬次，同時具備超低溫冷啟動和免維護等特點，是未來智能電網關鍵支撐部件，可用于電力監測通信終端、電網調頻和規模儲能等領域，擁有廣闊的市場前景。

上世紀70年代，美國和日本發明了超級電容器并實現產業化，且掌握了其關鍵活性材料——電容炭的制備，電容炭因為其高難度的制造工藝，一直以來受制于人。在他們的技術封鎖下，電容炭售價高達數十萬元每噸。

首個國際空白詳細規范

近年來，得益于相關領域的基礎研究進展，我國的電容炭生產技術取得了重要突破，山西煤化所開展電容炭研究以來，打通了“原料-材料-器件-應用”產業創新鏈，在電容炭國產化研究中，建立了超級電容器中試平臺，用于評估電容炭的電化學性能，進一步反饋指導材料研發、生產和質量控制。山西煤化所科研人員發現，電容炭材料特性如形貌、粒徑及比表面積等對于電極成型工藝有極大影響，直接決定著極片的制造效率、生產成本和物化性能，進而影響器件的最終電化學性能。反之，將電容炭制成電極漿料涂布在導電鋁箔之后，形成的電極片能夠及時反映原材料電容炭的特性，是原材料和器件之間的關鍵橋梁。因此對超級電容器電極片的關鍵控制特性進行準確表征，并闡明“電容炭-電極片-電容器”之間的構效關系，對整個產業鏈的基礎科學研究和技術開發十分重要。

在開展基礎研究和工藝技術研發的同時，山西煤化所先進炭材料與器件研究組于2018年提出制定電極片空白材料規范的設想，該標準項目于2020年正式立項，歷時三年時間完成。“由我國主導的國際標準充分聽取了國外專家的意見，更重要的是體現了中國科學家在該領域的實力，在消除技術壁壘方面掌握了主動權。”中科院炭材料重點實驗室副主任、標準編制組組長陳成猛研究員表示，“我們對超級電容器核心材料——電容炭、電極片等的性能進行了規范，制定了關鍵材料的化學、物理、結構、電化學性能的關鍵參數標準，對它們的純度、機械強度、厚度、面密度、壓實密度、孔隙率和導電性等影響器件最終性能的指標全部分析，每個關鍵指標的測試方法也有規可循，這不是單個參數測試規范，而是材料的首個國際空白詳細規范，有利于改變科研和生產脫節、‘自說自話’，缺乏‘共同語言’的現狀，實現科學技術指導產業發展。”

統一“話術”

編制組組長王振兵表示，“標準的撰寫是極其嚴謹的一件事，不論是在對術語的定義上，還是在特性的測試方法上。每個項目的背后都需要大量的數據調研搜集和實驗論證，所以對于團隊的實力要求非常高。超級電容器研究領域關注度非常高，屬于熱門學術領域，標準制定過程中，我們課題組研究人員一方面聯絡國內研究者，另一方面與超級電容器關鍵材料、器件生產企業加強合作，凝練了領域內學術界和產業界的智慧。”

“標準內句句干貨，歐美科學家喜歡挑出語法和用詞的意見，而日本專家則相對更加認真一些。他們認為電極片的空白詳細規范不應包括電化學性能，這一類指標應該屬于器件規范。我們認為電化學性能是用戶選擇合適材料的最關鍵的指標，幾乎所有的電容炭、電極片出廠時都包含這一類指標，我們據理力爭，最終獲得了投票通過”，編制組成員黃顯虹表示。

29頁的國際標準，字斟句酌，反復推敲。在IEC/TC 113國際標準制定會議上，標準技術內容經受了數十個國家專家的檢驗，每年兩次工作組會議上，編制組每次收到數十條反饋意見，在中國、加拿大、韓國、德國、俄羅斯的多名專家的參與協助下，報批稿取得了100%的支持率（通過標準是2/3投票支持率），國際標準（IEC/TS 62565-5-1）才面向全球公布。

該標準的發布，將為超級電容器電極片統一術語概念、規范生產流程、建立產品規范提供指導，為促進相關領域行業技術交流、技術合作及消除貿易壁壘提供支持。同時，該標準是超級電容器電極片的首個國際標準，填補了國際標準化的空白，也為IEC/TC 113引入了超級電容器及其材料的概念，開啟了IEC/TC 113在超級電容器用炭納米結構材料領域的國際標準化制定工作，提升我國在超級電容器用炭材料領域的國際影響力和話語權。