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四川民企用创新书写新材料传奇

2016-07-18 10:57:00

 

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其实不然,如今的石墨烯产业正在强势崛起,在电子器件、复合材料、能量存储、传感器及环境科学等领域具有巨大的潜在价值和应用前景。

大英聚能科技发展有限公司作为行业技术创新型企业之一,立足西南石油大学、电子科技大学合作,加强产学研用协同创新,攻克系列科技难题,构筑起了我国在世界石墨烯科技创新与应用领先的格局。

变坚守为创新发展之力

作为石墨烯产品开发的亲历者和创业者,享受国务院特殊津贴的大英聚能科技发展有限公司董事长漆长席参与了公司成立和发展的全过程。他和聚能人勇闯“科技禁区”,攻克系列难题,书写下一个个惊人的创新传奇。

大英聚能科技发展有限公司位于四川省大英县。近年来,该公司积极与高校、科研单位进行协作,已成功研发高表面活性炭,并获得20余件国家发明专利,成果经鉴定达国际领先、国内一流水平。目前主营有超级电容电池、高表面活性炭、各类石墨烯及衍生产品等,其中活性炭材料比表面积大、孔隙率高、比电容值在40-50F/g,在超级电容电池、催化剂载体、吸附剂等方面有广泛用途。

“几十年来,我一直专心化学研究和技术创新。”提及于此,漆长席兴奋不已。

自初中开始,漆长席就喜欢上化学,从事了20年的合成氨技术与管理,扎根化学研究10余年,后来又专注于节能环保以及新能源材料及器件的研究开发工作近10年。一次又一次的开始,恰恰凝聚成他坚守科研创新的价值。

在高表面功能化活性炭材料取得成功后,聚能科技又于2009年投入资金2000万元与电子科技大学合作开发高表面功能化活性炭材料下游产品大功率超级电容器EDLC、超级电容电池。

历经3年半的研究开发,聚能科技现已建成产业化示范生产线并成功地开发出超级电容电池系列产品。在四川省各级政府的大力支持下,公司用8年的时间,投入研究开发资金近5000万元,打造了一个拥有原创型的自主知识产权的“核心材料—绿色电池—终端(器件集成)”全新产业链,高表面功能化炭材料已经获得国家知识产权局授权发明专利2件、实用新型专利授权8件,在申请的石墨烯、超级电容电池专利10余件,已经公开发明专利7件,申报已经受理和正在申报专利20余件。

俗话说:选择了科研就选择了寂寞。“国家高新技术企业”和“四川省专利试点企业”及“技术创新型企业”……一个个殊荣的背后,恰是漆长席及其团队无数个日夜奋战的结果,也是其持之以恒、坚守创新应有的收获。

从实验室到生产线的艰难突破

石墨烯是目前发现的最薄、强度最大、导电导热性能最强的一种新型纳米材料,被认为可以代替晶体硅,应用于移动设备、航空航天、新能源及电池等领域,被称为“新材料之王”。然而开发石墨烯项目面临制备工艺和下游的商业应用两大难题。这不仅需要企业面对残酷的外部竞争环境,还要求其在技术方面跨越多重障碍。

2012年,聚能科技投资2000万元与西南石油大学合作开发石墨烯及石墨烯基复合材料。西南石油大学材料科学与工程学院新能源材料与器件教研室副主任李星博士团队在石墨烯的基础研究方面开展了大量的工作,攻克了如何解决环境污染问题、如何节约能耗降低生产成本、如何保障高品质石墨烯材料的宏量制备等一系列难题。

经过多年的努力,李星博士团队已带领聚能科技申报国家发明专利12件,获批授权专利3件。公司目前已建成10吨/年石墨烯材料粉体、50吨/年石墨烯浆料示范生产线。正在扩建30-50吨/年石墨烯材料粉体、500吨/年石墨烯浆料生产线。

据同样担任聚能科技石墨烯项目技术负责人的李星介绍,该生产线以可膨胀石墨为原料,采用低温氧化插层技术、闭路循环系统技术、低温冷冻干燥技术及光微波还原技术有机结合的方式实现了含不同类型、不同数量官能团的氧化石墨烯及石墨烯产品的宏量制备。

据悉,通过合理设计工艺路线,李星博士团队减少了石墨烯材料生产过程中的酸性废液量;并在此基础上,通过把酸性废液与聚能科技研发的活性炭车间产生的碱性废液中和,使废液“变废为宝”,既解决了环境污染问题的同时,还制备了钾肥。目前该项技术已通过技术查新,正在进行成果鉴定。

漆长席、李星还与成都欧迅科技股份有限公司一道研究开发设计出了30-100t/a石墨烯成套装备制造技术,该技术充分利用石墨烯制备过程中产生的冷能和热能形成能源管理系统“能量闭路循环系统”,把产生的热量通过冷热交换设备转化成低温,而低温又恰恰可以满足后期冷冻干燥所需要的能量。此举既节约了生产过程中的能耗,又保持了石墨烯片层完整形貌均一,进一步降低了石墨烯材料的生产成本。

更难能可贵的是,在李星的带领下,聚能科技的技术骨干们大胆设想、谨慎设计,开发了集光波与微波于一体的“光微波还原设备”,将石墨烯材料的还原时间缩短了2-3倍,大幅度提高了产品的质量,保障了产品的一致性。聚能科技生产的石墨烯及其复合材料已在部队、航天、科研院所和国内相关电池厂家得到广泛应用。

通过一系列的技术突破创新,聚能科技实现了高品质低成本石墨烯材料的宏量制备,把之前遥不可及的、理论意义上的石墨烯变成了工业级产品,大大促进了其工业应用。

由点成线串成聚能全新产业链

一款产品的潜力释放,正是从研发到量产的过程,石墨烯不例外。

据了解,目前,聚能科技已经完成高表面功能化活性炭材料、石墨烯、碳纳米管下游产品的应用,例如在大功率超级电容器EDLC、超级电容电池上,实现了“样品—产品—商品”的研究开发过程。如今,超级电容电池系列产品已经在军工、电力系统、光伏电站分布式储能等行业试用1年之久,获得良好的使用效果。

“超级电容电池是通过器件模块化集成技术,将电容器和电池技术经架接和集成并借助其超级电容器的特殊性能开发而成的一种复合致密新型储能器件。该电池能够同时具有高比能量和高比功率、长循环寿命特性,它填补了电容器和二次电池的中间空白,将二者的优点很好地结合起来,代表着致密能源器件的发展方向”,漆长席介绍说,聚能科技已成功地将石墨烯导电复合材料应用于超级电容器EDLC、超级电容电池生产中,使其储存电荷的能力比普通电池具有充放电速度快、效率高、循环寿命长、使用温度范围宽、安全性高等特点,对环境无污染。

聚能科技不仅在关键技术上取得了突破,还将在全产业链上下工夫。

“技术企业应该沉下心来做好自己的产品,力争石墨烯材料实现高品质低成本的宏量制备,让生产的产品质量上过关,成本让下游企业能够承受,能够批量供应满足下游企业的需求。另外,技术企业还要不断开拓创新,根据下游客户需求开发出新的产品。聚能科技将在产业链中起到了承上启下的链接作用。”李星表示。

此外,为了行业持续稳定健康的发展,聚能科技发起成立了国家石墨烯材料产业技术创新战略联盟,旨在促使我国石墨烯全产业链的创新突围。

通过多年努力,聚能科技正逐渐释放出产业链的发展活力。自2013年产品开始进入市场销售以来,公司于2014年实现销售收入近8900万元,2015年实现销售收入近1.48亿元,2016年预计将实现销售2.0亿元,2017年后可以实现销售收入及税利每年翻一番的高成长性经营目标。

通过历时8年时间的创新研究与开发,聚能科技已完成了从技术研发、样品到产品、商品这样“厚积薄发”的全过程,一个崭新的“新材料—器件—器件集成”产业链正向人们阔步走来。

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