为什么有的电动汽车启动提速能力堪比超跑？源于它安装的超级电容器。如果锂离子电池是耐力超强，续航给力的长跑选手，那么超级电容器就是爆发力特别猛的短跑健将，基于它独特的功率特性，超级电容器和锂离子电池可以互相弥补缺陷，搭配使用。此外，同等体积的超级电容器是普通电容器储电容量的数万倍，深度充放电循环寿命可达几十万次，同时具备超低温冷启动和免维护等特点，是未来智能电网关键支撑部件，可用于电力监测通信终端、电网调频和规模储能等领域，拥有广阔的市场前景。

上世纪70年代，美国和日本发明了超级电容器并实现产业化，且掌握了其关键活性材料——电容炭的制备，电容炭因为其高难度的制造工艺，一直以来受制于人。在他们的技术封锁下，电容炭售价高达数十万元每吨。

近年来，得益于相关领域的基础研究进展，我国的电容炭生产技术取得了重要突破，山西煤化所开展电容炭研究以来，打通了“原料-材料-器件-应用”产业创新链，在电容炭国产化研究中，建立了超级电容器中试平台，用于评估电容炭的电化学性能，进一步反馈指导材料研发、生产和质量控制。山西煤化所科研人员发现，电容炭材料特性如形貌、粒径及比表面积等对于电极成型工艺有极大影响，直接决定着极片的制造效率、生产成本和物化性能，进而影响器件的最终电化学性能。反之，将电容炭制成电极浆料涂布在导电铝箔之后，形成的电极片能够及时反映原材料电容炭的特性，是原材料和器件之间的关键桥梁。因此对超级电容器电极片的关键控制特性进行准确表征，并阐明“电容炭-电极片-电容器”之间的构效关系，对整个产业链的基础科学研究和技术开发十分重要。

在开展基础研究和工艺技术研发的同时，山西煤化所先进炭材料与器件研究组于2018年提出制定电极片空白材料规范的设想，该标准项目于2020年正式立项，历时三年时间完成。“由我国主导的国际标准充分听取了国外专家的意见，更重要的是体现了中国科学家在该领域的实力，在消除技术壁垒方面掌握了主动权。”中科院炭材料重点实验室副主任、标准编制组组长陈成猛研究员表示，“我们对超级电容器核心材料——电容炭、电极片等的性能进行了规范，制定了关键材料的化学、物理、结构、电化学性能的关键参数标准，对它们的纯度、机械强度、厚度、面密度、压实密度、孔隙率和导电性等影响器件最终性能的指标全部分析，每个关键指标的测试方法也有规可循，这不是单个参数测试规范，而是材料的首个国际空白详细规范，有利于改变科研和生产脱节、‘自说自话’，缺乏‘共同语言’的现状，实现科学技术指导产业发展。”

编制组组长王振兵表示，“标准的撰写是极其严谨的一件事，不论是在对术语的定义上，还是在特性的测试方法上。每个项目的背后都需要大量的数据调研搜集和实验论证，所以对于团队的实力要求非常高。超级电容器研究领域关注度非常高，属于热门学术领域，标准制定过程中，我们课题组研究人员一方面联络国内研究者，另一方面与超级电容器关键材料、器件生产企业加强合作，凝练了领域内学术界和产业界的智慧。”

“标准内句句干货，欧美科学家喜欢挑出语法和用词的意见，而日本专家则相对更加认真一些。他们认为电极片的空白详细规范不应包括电化学性能，这一类指标应该属于器件规范。我们认为电化学性能是用户选择合适材料的最关键的指标，几乎所有的电容炭、电极片出厂时都包含这一类指标，我们据理力争，最终获得了投票通过”，编制组成员黄显虹表示。

29页的国际标准，字斟句酌，反复推敲。在IEC/TC 113国际标准制定会议上，标准技术内容经受了数十个国家专家的检验，每年两次工作组会议上，编制组每次收到数十条反馈意见，在中国、加拿大、韩国、德国、俄罗斯的多名专家的参与协助下，报批稿取得了100%的支持率（通过标准是2/3投票支持率），国际标准（IEC/TS 62565-5-1）才面向全球公布。

该标准的发布，将为超级电容器电极片统一术语概念、规范生产流程、建立产品规范提供指导，为促进相关领域行业技术交流、技术合作及消除贸易壁垒提供支持。同时，该标准是超级电容器电极片的首个国际标准，填补了国际标准化的空白，也为IEC/TC 113引入了超级电容器及其材料的概念，开启了IEC/TC 113在超级电容器用炭纳米结构材料领域的国际标准化制定工作，提升我国在超级电容器用炭材料领域的国际影响力和话语权。

与国际标准攻关同步的是，山西煤化所研发的国产电容炭已实现科技成果转移转化，并进入量产阶段。2022年4月，山西中科美锦炭材料有限公司一期500吨电容炭产业化项目启动施工建设，连同这项国际标准的制定工作，有助于国产电容炭材料走向国际市场。

 来源：中国科学报、科学网 李清波

https://news.sciencenet.cn/htmlnews/2022/5/479776.shtm