隨著特斯拉在超級(jí)電容方面的投入，得益于超級(jí)電容充放電速度快以及超長循環(huán)次數(shù)等特點(diǎn)，超級(jí)電容與鋰電池的結(jié)合產(chǎn)品形成的優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，讓超級(jí)電容在電動(dòng)車市場(chǎng)應(yīng)用的可能性被無限放大。

超級(jí)電容器行業(yè)在國內(nèi)還處于剛剛起步的階段。在超級(jí)電容器關(guān)鍵電極材料電容炭方面，我國仍然長期依賴進(jìn)口。特斯拉的大動(dòng)作，也讓國內(nèi)一批率先布局該領(lǐng)域的企業(yè)浮出水面。2016年，山西美錦能源股份有限公司（以下簡稱：美錦能源000723.SZ）就提前布局了這一領(lǐng)域，解決超級(jí)電容材料“卡脖子”問題，與中科院山西煤化所攜手開始了技術(shù)開發(fā)。

《中國經(jīng)營報(bào)》記者了解到，經(jīng)過三年多的技術(shù)攻關(guān)，美錦能源年產(chǎn)10噸的電容炭中試線已于2019年上半年建成投產(chǎn)，其產(chǎn)品性能已經(jīng)達(dá)到先進(jìn)水平。目前，美錦能源正在推動(dòng)年產(chǎn)1000噸電容炭產(chǎn)品生產(chǎn)線項(xiàng)目落地。

超級(jí)電容器強(qiáng)勢(shì)崛起

2月24日，特斯拉研發(fā)超級(jí)電容技術(shù)的猜想迅速引爆資本市場(chǎng)。當(dāng)日，包括新筑股份、泰爾股份 （002347.SZ）、思 源 電 氣（002028.SZ）等多只超級(jí)電容相關(guān)股票紛紛漲停。

記者了解到，超級(jí)電容與電池技術(shù)不同，相比傳統(tǒng)的鋰電池，它的功率更強(qiáng)，充放電速度更快。

事實(shí)上，超級(jí)電容并非新鮮事物，早在2000年就已問世。目前，在風(fēng)電、智能電網(wǎng)、軌道交通以及軍工領(lǐng)域，超級(jí)電容已經(jīng)得到了很好的應(yīng)用。

“一般來說大家對(duì)鋰離子電池比較熟悉，電動(dòng)汽車、手機(jī)、筆記本、平板等大多使用的是鋰離子電池，對(duì)超級(jí)電容器相對(duì)比較陌生，其實(shí)超級(jí)電容器的性能和鋰離子電池是非常互補(bǔ)的。”中科院山西煤化所研究員、炭材料實(shí)驗(yàn)室副主任、課題組組長陳成猛說道。

記者了解到，鋰離子電池是把電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能，使用時(shí)，再由化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能。因此鋰離子電池的特點(diǎn)是高能量密度、長續(xù)航，而它的短板是充電速度較慢，循環(huán)壽命較短，經(jīng)過一段時(shí)間的使用，性能衰減較快，且在低溫下性能變差，導(dǎo)致充電速度變慢和容量下降。

“和鋰電池相比，超級(jí)電容器是一個(gè)短跑冠軍。”陳成猛介紹，“超級(jí)電容器是將電能以電荷的形式通過雙電層儲(chǔ)存在器件里面，并不像鋰離子電池一樣涉及到能量的轉(zhuǎn)化。這決定了超級(jí)電容器的可逆性比較好，而且響應(yīng)非常快。超級(jí)電容器雖然能量不高，單位體積儲(chǔ)存的容量低于鋰離子電池，但是可以以非常快的速度，在一分鐘以內(nèi)實(shí)現(xiàn)快速充電。并且具備超長的循環(huán)壽命。”

正因?yàn)槌?jí)電容與鋰電池在技術(shù)方面的互補(bǔ)性，讓鋰電池汽車企業(yè)看到了二者配合使用的市場(chǎng)前景。2019年2月，特斯拉收購美國Maxwell，開始進(jìn)行在電動(dòng)汽車領(lǐng)域把鋰離子電池和超級(jí)電容器組合起來的嘗試。目前，Max-well生產(chǎn)的超級(jí)電容器已經(jīng)應(yīng)用于汽車啟停技術(shù)，目前已經(jīng)在全球裝載幾百萬輛汽車。

“目前在電動(dòng)汽車領(lǐng)域，并沒有真正地把超級(jí)電容器用在刀刃上，這一次特斯拉如能將超級(jí)電容器應(yīng)用在電動(dòng)汽車領(lǐng)域，將產(chǎn)生示范效應(yīng)，這種應(yīng)用將有望迎來爆發(fā)式增長。”美錦能源董事、副總經(jīng)理兼董事會(huì)秘書朱慶華說道。

記者了解到，超級(jí)電容器具有高功率密度、低溫性能好、快速充電、壽命長的特點(diǎn)，可以讓超級(jí)電容器在混合動(dòng)力車上和鋰離子電池配合，同時(shí)可以和燃油車上的發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行混合，做成油電混合動(dòng)力。在啟動(dòng)、加速和爬坡時(shí)，提供瞬時(shí)峰值功率，從而延長電池壽命；在汽車剎車時(shí)，回收能量，提高能量利用率；利用溫度使用范圍寬的優(yōu)勢(shì)，改善低溫啟動(dòng)性能。在電動(dòng)懸架和電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向方面，也有很好的應(yīng)用前景。

解決關(guān)鍵材料“卡脖子”難題

記者了解到，電容炭是超級(jí)電容的關(guān)鍵核心材料，我國長期依賴進(jìn)口來滿足市場(chǎng)應(yīng)用。

“這種炭對(duì)各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)都有非常嚴(yán)苛的要求，包括超高純度、大比表面積、多孔結(jié)構(gòu)、高電導(dǎo)率和高壓實(shí)密度等。這種材料目前尚未國產(chǎn)化，90%以上依賴進(jìn)口。”陳成猛說道。

2016年底，美錦能源瞄準(zhǔn)了這一行業(yè)“卡脖子”問題，與中科院山西煤化所達(dá)成合作，利用中科院煤化所的核心技術(shù)團(tuán)隊(duì)，啟動(dòng)超級(jí)電容器核心電極材料-電容炭的國產(chǎn)化技術(shù)攻關(guān)。

美錦發(fā)源于1981年，2004年“借殼上市”后，姚錦龍作為董事長掌舵至今。目前，美錦能源已形成貫穿“煤-焦-氣-化”的完整產(chǎn)業(yè)鏈。

“在堅(jiān)持做大做強(qiáng)煤焦產(chǎn)業(yè)鏈的同時(shí)，我們一直也在思考探索如何轉(zhuǎn)型創(chuàng)新發(fā)展。經(jīng)過長期的思索、考察、論證之后，目前是形成了兩大突破口，一個(gè)是氫能源產(chǎn)業(yè)，一個(gè)是高科技新材料和新裝備。”美錦能源董事長姚錦龍說道，此次推出的電容炭產(chǎn)品屬于高科技新材料范疇，新裝備方面的嘗試主要是以采礦機(jī)器人為代表的礦山智能裝備。“2016年，我們看到了超級(jí)電容市場(chǎng)迅猛的發(fā)展勢(shì)頭，而中國在這方面卻長期受到原材料的限制，長期依賴進(jìn)口，我們就決定與中科院山西煤化所聯(lián)合研發(fā)，提前布局電容炭產(chǎn)品。”

談及中科院山西煤化所與美錦能源聯(lián)合研發(fā)電容炭產(chǎn)品，陳成猛說道：“電容炭的技術(shù)門檻較高，技術(shù)難度非常大。當(dāng)時(shí)我們和美錦能源看準(zhǔn)了超級(jí)電容器未來的發(fā)展?jié)摿Γ劢钩?jí)電容器關(guān)鍵材料卡脖子問題，共同承擔(dān)這個(gè)產(chǎn)學(xué)研攻關(guān)項(xiàng)目。當(dāng)時(shí)，美錦能源投資2300萬元，煤化所提供團(tuán)隊(duì)和技術(shù)，山西省科技廳也給予了專項(xiàng)支持，我們共同推動(dòng)電容炭制備技術(shù)從實(shí)驗(yàn)室走向中試及產(chǎn)業(yè)化。”

事實(shí)上，任何關(guān)鍵技術(shù)的研發(fā)都是艱難的。

“這個(gè)技術(shù)國外對(duì)中國是嚴(yán)格封鎖的，沒有可供參考借鑒的工程化案例。”中科院山西煤化所超級(jí)電容器技術(shù)部工程師王振兵說道。

最終，經(jīng)過三年的研發(fā)以及多方合作努力攻關(guān)，美錦能源自主開發(fā)了相關(guān)工藝和裝備。目前，年產(chǎn)10噸的電容炭中試線已于2019年上半年建成投產(chǎn)。

2019年下半年，電容炭中試產(chǎn)品先后在寧波中車新能源、上海奧威和錦州凱美等用戶完成評(píng)測(cè)。“根據(jù)客戶反饋，我們研發(fā)的電容炭產(chǎn)品的綜合性能與占據(jù)國際市場(chǎng)主流的日本可樂麗公司YP-50F產(chǎn)品相當(dāng)，個(gè)別指標(biāo)已超越Y(jié)P-50F，達(dá)到國際先進(jìn)水平，具備大規(guī)模替代進(jìn)口的潛力。”姚錦龍介紹，項(xiàng)目順利實(shí)施后，將解決困擾中國超級(jí)電容器行業(yè)多年“卡脖子”的難題，推動(dòng)關(guān)鍵核心材料實(shí)現(xiàn)進(jìn)口替代。

加速推進(jìn)產(chǎn)業(yè)落地

隨著以特斯拉為首的超級(jí)電容器電動(dòng)汽車的應(yīng)用拓展和普及，超級(jí)電容的市場(chǎng)規(guī)模將不斷擴(kuò)大。

數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)顯示，2017年國內(nèi)電容器行業(yè)市場(chǎng)規(guī)模大概在70億元左右。據(jù)相關(guān)機(jī)構(gòu)預(yù)測(cè)，未來幾年超級(jí)電容器的國內(nèi)市場(chǎng)年均復(fù)合增速將維持在30%左右。預(yù)計(jì)，2020年的市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)到150億元。

記者了解到，美錦能源正在推動(dòng)年產(chǎn)1000噸電容炭產(chǎn)品生產(chǎn)線項(xiàng)目落地。“生產(chǎn)線就落在美錦的精細(xì)化工園區(qū)，大概占地面積是200畝，項(xiàng)目計(jì)劃分兩期實(shí)施。2020年先啟動(dòng)一期，就是500噸/年的產(chǎn)業(yè)化工程。”姚錦龍說道。

按照美錦能源的規(guī)劃，電容炭產(chǎn)業(yè)化項(xiàng)目原計(jì)劃于2020年3月初正式啟動(dòng)（目前因?yàn)橐咔榈脑颍赡軙?huì)推遲1~2個(gè)月啟動(dòng)）。2020年6月底前完成工程設(shè)計(jì)。2020年12月底前完成設(shè)備安裝。2021年3月完成聯(lián)動(dòng)調(diào)試，正式投產(chǎn)供貨。

據(jù)記者了解，該項(xiàng)目配套工程將全部依托美錦能源自己的焦化產(chǎn)業(yè)園，借助其熱能、電力、蒸汽和氮?dú)馓峁┑母黜?xiàng)便利條件，節(jié)省部分固定資產(chǎn)投資，降低運(yùn)行成本和生產(chǎn)成本。

目前來看，美錦能源生產(chǎn)的電容炭進(jìn)口替代產(chǎn)品，已經(jīng)具有非常好的利潤空間。

目前，與美錦能源研發(fā)的電容炭同性能產(chǎn)品的進(jìn)口價(jià)格在25萬元/噸~30萬元/噸之間徘徊。據(jù)測(cè)算，2019年國際市場(chǎng)的年需求量超過了1萬噸，國內(nèi)市場(chǎng)需求大約在5000噸左右。美錦能源研發(fā)的電容炭產(chǎn)品生產(chǎn)成本控制在6萬元/噸~8萬元/噸，如果按照目前的市場(chǎng)價(jià)格，按照一期工程500噸的規(guī)劃，年產(chǎn)值會(huì)超過1億元，投資回報(bào)期2.5年~3年。

姚錦龍介紹，隨著市場(chǎng)需求的擴(kuò)大，會(huì)進(jìn)一步規(guī)劃、釋放產(chǎn)能。

目前，美錦能源通過自主研發(fā)創(chuàng)新電容炭核心技術(shù)，掌握了低成本的超級(jí)電容器關(guān)鍵材料的制備技術(shù)，相當(dāng)于掌握了整個(gè)超級(jí)電容器產(chǎn)業(yè)的戰(zhàn)略制高點(diǎn)。

記者了解到，未來，隨后二期工程實(shí)施及產(chǎn)能的放大，美錦能源將進(jìn)一步開拓國際市場(chǎng)，將其產(chǎn)品的目標(biāo)客戶定位于美國Maxwell、日本NEC、松下等國際著名企業(yè)。此外，煤化所團(tuán)隊(duì)已經(jīng)完成了超級(jí)電容器和石墨烯的研發(fā)，已經(jīng)建成了中試線，產(chǎn)品技術(shù)也是達(dá)到了國際先進(jìn)水平，具備了下一步進(jìn)行全方位合作的可能性。