來源：中國經營報
美錦能源突破超級電容壁壘 電容炭國產化指日可待
本報記者/李哲/北京報導
隨著特斯拉在超級電容方面的投入，得益於超級電容充放電速度快以及超長循環次數等特點，超級電容與鋰電池的結合產品形成的優勢互補，讓超級電容在電動車市場應用的可能性被無限放大。
超級電容器行業在國內還處於剛剛起步的階段。在超級電容器關鍵電極材料電容炭方面，我國仍然長期依賴進口。特斯拉的大動作，也讓國內一批率先布局該領域的企業浮出水面。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域，解決超級電容材料「卡脖子」問題，與中科院山西煤化所攜手開始了技術開發。
《中國經營報》記者了解到，經過三年多的技術攻關，美錦能源年產10噸的電容炭中試線已於2019年上半年建成投產，其產品性能已經達到先進水平。目前，美錦能源正在推動年產1000噸電容炭產品生產線項目落地。
超級電容器強勢崛起
2月24日，特斯拉研發超級電容技術的猜想迅速引爆資本市場。當日，包括新築股份、泰爾股份（002347.SZ）、思源電氣（002028.SZ）等多隻超級電容相關股票紛紛漲停。
記者了解到，超級電容與電池技術不同，相比傳統的鋰電池，它的功率更強，充放電速度更快。
事實上，超級電容並非新鮮事物，早在2000年就已問世。目前，在風電、智能電網、軌道交通以及軍工領域，超級電容已經得到了很好的應用。
「一般來說大家對鋰離子電池比較熟悉，電動汽車、手機、筆記本、平板等大多使用的是鋰離子電池，對超級電容器相對比較陌生，其實超級電容器的性能和鋰離子電池是非常互補的。」中科院山西煤化所研究員、炭材料實驗室副主任、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化為化學能，使用時，再由化學能轉化為電能。因此鋰離子電池的特點是高能量密度、長續航，而它的短板是充電速度較慢，循環壽命較短，經過一段時間的使用，性能衰減較快，且在低溫下性能變差，導致充電速度變慢和容量下降。
「和鋰電池相比，超級電容器是一個短跑冠軍。」陳成猛介紹，「超級電容器是將電能以電荷的形式通過雙電層儲存在器件裡面，並不像鋰離子電池一樣涉及到能量的轉化。這決定了超級電容器的可逆性比較好，而且響應非常快。超級電容器雖然能量不高，單位體積儲存的容量低於鋰離子電池，但是可以以非常快的速度，在一分鐘以內實現快速充電。並且具備超長的循環壽命。」
正因為超級電容與鋰電池在技術方面的互補性，讓鋰電池汽車企業看到了二者配合使用的市場前景。2019年2月，特斯拉收購美國Maxwell，開始進行在電動汽車領域把鋰離子電池和超級電容器組合起來的嘗試。目前，Maxwell生產的超級電容器已經應用於汽車啟停技術，目前已經在全球裝載幾百萬輛汽車。
「目前在電動汽車領域，並沒有真正地把超級電容器用在刀刃上，這一次特斯拉如能將超級電容器應用在電動汽車領域，將產生示範效應，這種應用將有望迎來爆發式增長。」美錦能源董事、副總經理兼董事會秘書朱慶華說道。
記者了解到，超級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，可以讓超級電容器在混合動力車上和鋰離子電池配合，同時可以和燃油車上的發動機進行混合，做成油電混合動力。在啟動、加速和爬坡時，提供瞬時峰值功率，從而延長電池壽命；在汽車剎車時，回收能量，提高能量利用率；利用溫度使用範圍寬的優勢，改善低溫啟動性能。在電動懸架和電動助力轉向方面，也有很好的應用前景。
解決關鍵材料「卡脖子」難題
記者了解到，電容炭是超級電容的關鍵核心材料，我國長期依賴進口來滿足市場應用。
「這種炭對各項技術指標都有非常嚴苛的要求，包括超高純度、大比表面積、多孔結構、高電導率和高壓實密度等。這種材料目前尚未國產化，90%以上依賴進口。」陳成猛說道。
2016年底，美錦能源瞄準了這一行業「卡脖子」問題，與中科院山西煤化所達成合作，利用中科院煤化所的核心技術團隊，啟動超級電容器核心電極材料-電容炭的國產化技術攻關。
美錦發源於1981年，2004年「借殼上市」後，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」的完整產業鏈。
「在堅持做大做強煤焦產業鏈的同時，我們一直也在思考探索如何轉型創新發展。經過長期的思索、考察、論證之後，目前是形成了兩大突破口，一個是氫能源產業，一個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品屬於高科技新材料範疇，新裝備方面的嘗試主要是以採礦機器人為代表的礦山智能裝備。「2016年，我們看到了超級電容市場迅猛的發展勢頭，而中國在這方面卻長期受到原材料的限制，長期依賴進口，我們就決定與中科院山西煤化所聯合研發，提前布局電容炭產品。」
談及中科院山西煤化所與美錦能源聯合研發電容炭產品，陳成猛說道：「電容炭的技術門檻較高，技術難度非常大。當時我們和美錦能源看準了超級電容器未來的發展潛力，聚焦超級電容器關鍵材料卡脖子問題，共同承擔這個產學研攻關項目。當時，美錦能源投資2300萬元，煤化所提供團隊和技術，山西省科技廳也給予了專項支持，我們共同推動電容炭製備技術從實驗室走向中試及產業化。」
事實上，任何關鍵技術的研發都是艱難的。
「這個技術國外對中國是嚴格封鎖的，沒有可供參考借鑑的工程化案例。」中科院山西煤化所超級電容器技術部工程師王振兵說道。
最終，經過三年的研發以及多方合作努力攻關，美錦能源自主開發了相關工藝和裝備。目前，年產10噸的電容炭中試線已於2019年上半年建成投產。
2019年下半年，電容炭中試產品先後在寧波中車新能源、上海奧威和錦州凱美等用戶完成評測。「根據客戶反饋，我們研發的電容炭產品的綜合性能與佔據國際市場主流的日本可樂麗公司YP-50F產品相當，個別指標已超越YP-50F，達到國際先進水平，具備大規模替代進口的潛力。」姚錦龍介紹，項目順利實施後，將解決困擾中國超級電容器行業多年「卡脖子」的難題，推動關鍵核心材料實現進口替代。
加速推進產業落地
隨著以特斯拉為首的超級電容器電動汽車的應用拓展和普及，超級電容的市場規模將不斷擴大。
數據統計顯示，2017年國內電容器行業市場規模大概在70億元左右。據相關機構預測，未來幾年超級電容器的國內市場年均複合增速將維持在30%左右。預計，2020年的市場規模將達到150億元。
記者了解到，美錦能源正在推動年產1000噸電容炭產品生產線項目落地。「生產線就落在美錦的精細化工園區，大概佔地面積是200畝，項目計劃分兩期實施。2020年先啟動一期，就是500噸/年的產業化工程。」姚錦龍說道。
按照美錦能源的規劃，電容炭產業化項目原計劃於2020年3月初正式啟動（目前因為疫情的原因，可能會推遲1~2個月啟動）。2020年6月底前完成工程設計。2020年12月底前完成設備安裝。2021年3月完成聯動調試，正式投產供貨。
據記者了解，該項目配套工程將全部依託美錦能源自己的焦化產業園，藉助其熱能、電力、蒸汽和氮氣提供的各項便利條件，節省部分固定資產投資，降低運行成本和生產成本。
目前來看，美錦能源生產的電容炭進口替代產品，已經具有非常好的利潤空間。
目前，與美錦能源研發的電容炭同性能產品的進口價格在25萬元/噸~30萬元/噸之間徘徊。據測算，2019年國際市場的年需求量超過了1萬噸，國內市場需求大約在5000噸左右。美錦能源研發的電容炭產品生產成本控制在6萬元/噸~8萬元/噸，如果按照目前的市場價格，按照一期工程500噸的規劃，年產值會超過1億元，投資回報期2.5年~3年。
姚錦龍介紹，隨著市場需求的擴大，會進一步規劃、釋放產能。
目前，美錦能源通過自主研發創新電容炭核心技術，掌握了低成本的超級電容器關鍵材料的製備技術，相當於掌握了整個超級電容器產業的戰略制高點。
記者了解到，未來，隨後二期工程實施及產能的放大，美錦能源將進一步開拓國際市場，將其產品的目標客戶定位於美國Maxwell、日本NEC、松下等國際著名企業。此外，煤化所團隊已經完成了超級電容器和石墨烯的研發，已經建成了中試線，產品技術也是達到了國際先進水平，具備了下一步進行全方位合作的可能性。