小碳粒 大能量

2015-12-31 09:29:31来源:山西省工商业联合会字号:  

《山西日报》9月24日C3版

小碳粒 大能量

    今年7月,山西中兴环能科技有限公司“煤层气催化裂解制备纳米洋葱碳”技术取得突破性进展,实现日产从克到公斤的飞跃,打通了煤层气清洁利用创新价值链,成为阳泉市筑巢引凤中最具发展前景的一大亮点。
             留学博士带项目落户阳泉
  4月中旬,日本三菱集团明和产业株式会社考察团到山西中兴环能科技有限公司考察“煤层气催化裂解零排放制备纳米碳材料”项目,经过对产品的检测分析,日方认为产品性能达到预期目标,表示在量产后与企业开展合作。
  “纳米洋葱碳是一种以C60为核心的同心多层球面套叠结构的碳分子,尺寸为纳米级。作为一种新型的电极材料,其体积小、容量大,应用在超级电容器上,能有效弥补现有超级电容器的不足。”9月22日,山西中兴环能科技有限公司留学博士张卫珂,手拿一些黑色粉末向记者介绍,相比于传统的纳米碳材料,纳米洋葱碳在电容器的使用寿命、充放电速度等多个方面均实现革命性突破。
  2014年,在高层次人才项目阳泉推介会上,澳大利亚西澳大学留学博士张卫珂与阳泉开发区签订人才引进协议,煤层气催化裂解制备纳米碳材料项目正式落户阳泉开发区科技园。同年10月,山西中兴环能科技有限公司正式成立。该公司实验技术员王学霞介绍,公司主营范围以生产纳米洋葱碳材料及其在超级电容器应用为主,主要依托张卫珂及澳大利亚西澳大学技术团队专利技术来生产纳米碳材料。
  山西中兴环能科技有限公司的“煤层气催化裂解零排放制备纳米碳材料”项目,主要利用阳泉市丰富、廉价的煤层气资源,通过煤层气能源科学、表面科学、催化化学、材料科学等多学科的科学手段,达到对煤层气催化裂解制碳—产氢—发电系统的设计与应用。同时通过该公司自主研发的“零排放催化裂解”专利、“一种复合电极材料的制备”等专利技术,将纳米洋葱碳电极材料原位合成于不锈钢集流体上,便可以制备出新型纳米洋葱碳超级电容器,作为电动车及其他领域的动力能源。
  人才优势是该公司深化“产、学、研”合作的有利条件。张卫珂在澳留学时便致力于纳米碳材料的制备研究,回国后任教于太原理工大学环境工程学院。公司成立伊始,技术团队便拥有西澳大学、太原理工大学、中科院第九研究所等相关资源。目前,该公司26名科研人员中,3人拥有硕士学位,4人拥有海外留学背景。“有利的人才优势和强大的技术支撑,使得项目设备和工艺流程在完全依靠自主设计的条件下,也能顺利进行。”张卫珂说。
          纳米洋葱碳实现“近零排放”
  “纳米洋葱碳肉眼看为黑色无定形均匀粉体,其在透射电子显微镜下横切面呈洋葱状,故称纳米洋葱碳。”张卫珂介绍,以煤层气为基材制得的纳米洋葱碳,经过纯化处理后即可得到纯净的空心纳米洋葱碳材料。该空心纳米洋葱碳材料纯度在95%-96%之间,空心的直径在50-200nm之间,杂质为部分的碳管,石墨化纳米洋葱碳的产率在90%以上。
  王学霞做了一个比较,目前市场上的一代、二代纳米碳产品分别为活性炭和碳纳米管,基本依赖日本和美国进口,且多采用废椰壳作为原材料,利用率只有45%左右,生产过程中会产生的大量废料对环境造成严重的二次污染。张卫珂及其团队在对项目技术进行多年研究的基础上,采用煤层气为原料,自行设计并安装了一套对煤层气进行催化裂解的制碳-产氢-发电系统,利用率高达90%左右,且产出物除纳米洋葱碳外,只有氢气,无一氧化碳和二氧化碳,真正实现了“近零排放”。后期会对氢气进行收集,用于燃料电池的发电,不会对环境造成二次污染,为煤层气综合利用和清洁能源利用提供了新思路。
  张卫珂介绍,该公司纳米洋葱碳为高石墨化的电极材料,主要应用于超级电容器器件,相比较国际市场上所见到的纳米碳产品,如纳米碳管,公司生产的纳米洋葱碳实现了最大程度上的缩小体积,增大了比表面积,从而增加了载电量,提高了产品性能。纳米洋葱碳作为电极材料用在超级电容器上,使其具有“小体积、大容量”的特点,广泛应用于电动车上,能够实现快速充放电和大电流发电,并比蓄电池具有更高的功率密度和更长的循环使用寿命,充放电次数可达10万次,同时可在极低温等极端恶劣的环境中使用,并且无环境污染。
           日产量从克到公斤的飞跃
  今年7月,山西中兴环能科技有限公司经过试验,煤层气催化裂解制备纳米洋葱碳技术取得突破性进展,纳米洋葱碳实现日产量从克到公斤级的飞跃,打通了从“发现”到“产业”的创新价值链。
  在项目落地和推进过程中,公司得到了阳泉市全方位政策护卫和措施助力。开发区管委会坚持“保姆式服务”,为企业提供场地及资金,组织专家论证项目,帮助办理各种手续。阳泉市科技局主动介入、精心服务,引导企业进入资本市场,帮助争取重大专项,指导申报发明专利,推荐国家火炬计划。在多方支持下,4月中旬公司纳米碳材料实验室及催化剂实验室顺利建成,5月公司成功在上海股权托管交易中心Q板挂牌。
  纳米洋葱碳市场前景广阔。张卫珂说,瞬间释放电能的特点使得其在电动汽车、通讯、消费和娱乐电子、信号监控等领域有着广泛的应用。目前,超级电容器占世界能量储存装置(包括电池、电容器)的市场份额不足1.00%,在我国所占市场份额约为0.50%,因此超级电容器存在巨大的市场潜力。此外,纳米洋葱碳材料还可用在锂离子电池,固体润滑剂,药物缓释材料,导电涂料,隐身材料等领域。
  许多单位、企业纷纷上门,希望能与中兴环能公司开展合作。中科院物理所、高压所、金属所等科研机构多次与企业联系,初步达成意向订单。
  目前,该公司项目已完成中试,实现了纳米洋葱碳日产公斤级的目标。张卫珂说,公司预计年内可实现纳米洋葱碳年产吨级的目标,实现规模化生产后,公司将成为全球唯一一家可以实现纳米洋葱碳材料量产化生产的企业。

            本报记者 刘 强 周慧芳 本报通讯员 史兆慧