石墨烯及改性超級電容器用活性炭項目可行性研究報告(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 活性炭材料為骨架。支撐開石墨烯的結構，石墨烯提高活性炭的微觀導電性，活性炭支撐開石墨烯的結構防止石墨烯團聚從而將2種材料的的性能完全表現出來。石墨烯改性超級電容器用活性炭無論是木質碳還是石油焦的碳都可以復合應用來源廣泛成本低廉。. 石墨烯及石墨烯改性超級電容器用活性炭行業分析. 產品市場供應預測石墨烯材料本身的開發和供應，在本項目建成投產前單層石墨烯原料的供應量很小目前我公司生產的單層石墨烯供應量占全球供應量的50%以上。急需擴大產能促進產業發展滿足市場需求。據統計：2010年，，超級電容器產業總規模為45億美元，同比增長45%；。以上市場生產的超級電容器用的活性炭全球總用量為3000噸左右，其中高端市場的300噸國內活性炭企業由于技術能力問題不能提供。普通和低端市場我們國內因為產品質量和產量的問題供應量不足400噸。. 產品市場需求預測石墨烯材料本身開發及下游產品發展的需求，不僅是石墨烯材料本身具有極大的商業市場。項目產品據我們查閱國內外的科研和生產資料，并進行了廣泛市場調研的結果是目前能通過工廠生產線實驗成為器件，還沒有能達到我們產品性能的。現有的活性炭在實驗室水系體系下比電容在100150F/克，我們做出活性炭復合材料在實驗室水系體系下比電容在200300F/克；以工業試驗用的器件為例，用傳統市售材料PCT21最高可以做到400法拉，我們的材料可以做到470法拉。國際上目前最高水平的是韓國石油焦電極活性炭，在有機條件下能做到32F克；我們現有產品已經做到3638F/克(產品有26F/克、30F/克、38F/克)均達到穩定工藝和質量。鑒于以上的產品性能我們制造的石墨烯改性超級電容用活性炭完全可以占有現在高端電容器用活性炭的市場的50%以上即年銷售150噸。同時通過石墨烯的改性可以修復現有的木質或石油焦活性炭的問題和缺陷可以通過簡單的工藝改進現有活性炭的產品性能和質量。利用更高的性能，更低的價格占中低端有市場。爭取占領低端市場的40%既年產量達到中低端電容用活性炭產銷量1000噸。. 石墨烯改性超級電容器用活性碳現有市場情況2007年，，超級電容器產業總規模為45億美元，同比增長45%；，，同比增長50%。圖表1：20102011年超級電容器產業規模一覽表單位：億美元年份市場總規模紐扣型卷繞型2010年452011年. 石墨烯與石墨烯改性超級電容器活性碳有廣泛的用途由于石墨烯優越的性能表現，和在眾多行業中應用的無限遐想，已經越來越被相關研究機構所注視，涉及的領域82個之多。不論哪一個行業能夠實現石墨烯的產業化應用，都將對該行業產生巨大的影響。據行業內專家介紹，石墨烯產業將會在不久的將來迎來一個萬億級的市場，主要應用領域有超級電容器、鋰電池正負極材料應用、改性高分子材料、OLED柔性顯示器、有機小分子太陽能發電、透明導電膜等等諸多應用。石墨烯改性超級電容器活性炭，應用到超級電容中可以大幅提高超級電容器的儲能能力。將石墨烯產品在超級電容器領域的完美應用（不需要改變任何現有工藝，電容量比用現有材料提高40%100%）。石墨烯在鋰電池中的應用。利用石墨烯的特性將三維連通的石墨烯網絡作為導流體，在每個鋰電池正極顆粒里形成導電的三維骨架，不僅可有效降低電極中非活性物質的比例，且三維石墨烯網絡的高導電性和多孔結構為鋰離子和電子提供了快速擴散通道，從而可實現鋰電池電極材料的快速充放電性能。從而大幅提高鋰電池的沖放電能力，提高鋰電池的循環壽命。石墨烯改性高分子材料。利用石墨烯超強導電性和非凡的機械性能，同時石墨烯是一種二維晶體，由碳原子按照六邊形進行排布，相互連接，形成一個碳分子具有良好的復合性。這樣就保證了石墨烯材料可以很好的和很多的已知的高分子材料復合，提高已知材料的導電性，導熱性能而不損失機械性能。提高涂料的反腐性能、改變ABS朔料的抗靜電能力、修飾提高高分子材料的復合性、利用原有不導電材料制造防靜電膜，導電膜等等。利用石墨烯對光吸收的特性與小有機分子結合制造柔性的太陽能電池提高有機太陽能電池的光伏效率，改變現有太陽能電池的結構形式。利用石墨烯作為基體改善和重整OLED有機發光分子的結構，改進OLED有機發光柔性顯示器的性能。利用石墨烯97%的透光率和導電性，運用液態旋涂和拉膜技術地成本的制備透明導電膜代替現有的稀有和昂貴的氧化銦膜。4. 產品方案. 項目產品項目產品為：單層石墨烯微片干粉、各種石墨烯分散液原料、石墨烯改性超級電容器用活性炭材料。項目第一期用地面積為50畝，并預留第二期150畝。整個項目規劃年生產石墨烯5噸，石墨烯改性超級電容用活性炭5000噸該項目規劃分二期建設：216。 第一期年生產石墨烯1噸。216。 第一期年生產石墨烯改性超級電容用活性炭1000 噸。216。 第二期年達到生產石墨烯5噸。216。 第二期新增生產石墨烯改性超級電容用活性炭5000噸。216。 注：本報告僅對一期項目進行可行性分析。5. 項目選址和建設條件. 項目選址地點本項目位于江蘇省鹽城市城南新區科教城，用地面積32,466平方米。項目建設地點鹽城科教城，沿著解放南路布局，東臨鹽城龍湖公園，南抵鹽徐高速公路，北含鹽城高職園區，西與鹽都新區為鄰。定位為全市創新創業的示范區、高端人才的集聚區、新興產業的先導區、轉型升級的引領區，成為全國一流的“智慧、生態、現代”科教新城，成為全市經濟社會跨越發展新的增長極，成為鹽城向現代化城市邁進過程中最靚麗的城市新名片。. 建設條件. 鹽城當地條件鹽城，著名的東方濕地之都，淮劇的發祥地，是江蘇省面積最大的市。位于中國東部沿海，江蘇北部，長江三角洲地區，東臨黃海，南與南通接壤，西南與揚州、泰州為鄰，西與淮安相連，北隔灌河和連云港市相望。鹽城自西漢元狩四年建立鹽瀆縣至今，已有2000多年歷史，是全國唯一一座以“鹽”命名的城市。；總人口812萬人，是江蘇省面積第一、人口第二的地級市，下轄11個縣（市、區）。鹽城擁有江蘇最廣闊的海域、最長的海岸線、最豐富的濕地灘涂資源。近幾年，鹽城的經濟社會發展迅猛，在汽車、機械裝備、紡織、化工四大傳統支柱產業的基礎上，又發展了風電及風電裝備制造、節能環保、電動汽車、海洋生物、電子信息、新材料、新醫藥等7個新興產業和石油機械、船舶、節能電光源、鹽化工、綠色食品加工等24個特色產業。鹽城已經基本形成集高速公路、鐵路、航空、海運四位一體的現代交通網絡，同時擁有國際海港和國際空港。2011年，全市完成地區生產總值2753億元；財政總收入700億元，其中地方一般預算收入267億元。城鎮居民人均可支配收入達到19500元，農民人均純收入達到10500元，主要經濟指標增幅位居江蘇省前列。. 城南新區及科教城城南新區位于鹽城市區南部，總面積102平方公里。按照總體規劃，未來的城南新區將是一個擁有100萬人口的新城區，成為鹽城市新的行政、經濟、文化、教育中心和新興居住區，是鹽城未來新的經濟增長極。鹽城科教城是一座突出科技創新、研發孵化功能的科技之城、藝術之城、人?文之城，是鹽城市產學研結合、高科技產業發展、科技自主創新的先導區。科教城規劃總面積19平方公里，重點打造“兩園兩中心”，即鹽城高職園區、科技創新園、城市創意中心和工業創意中心。開發建設科教城，是市委、市政府搶抓江蘇沿海開發和長三角一體化兩大戰略機遇，加快發展創新型經濟、推動經濟結構轉型升級、做大做強江蘇沿海特大中心城市而作出的一項重大決策。. 交通發達城南新區距離上海、南京不到300公里，飛機火車直通北京，并可直航香港、臺灣和韓國首爾等地。新區境內有40多條主次干道，總長100多公里，道路基本“成網、成片、成環”。解放南路BRT貫穿全城。高速優勢明顯，10分鐘內可上高速，實現快速出城。科教城位于鹽城大市區南部，交通便利，毗鄰鹽徐高速公路、寧靖鹽兩條高速，解放南路、西環路、鹽倉大道、南環路、鹽瀆路等多條城市主干道貫通其中。區位優勢明顯，緊靠市區兩級行政中心，占據城南新區核心地位，西接城西南物流園區和鹽都新城商務商貿區，是市委、市政府重點打造的創新創業載體和人才集聚高地。. 生產成本低廉工人工資：普通工人1650元左右/月，技術工種2250元左右/月，行管人員2500元左右/月。天然氣供應：。蒸汽供應：。供水和污水處理：。污水處理費用：。市內物流企業眾多，運輸成本低廉。特別是大豐港可視同上海港辦理集散貨出口業務，港口包干費等僅為上海港的45%。6. 項目工程技術方案. 工藝技術方案. 技術方案選擇主要創新點1) 石墨烯大規模制備技術我們的制備技術屬于可以大規模制備的液相法。可以大量利用自然界中廣泛存在的天然鱗片石墨，成本低，周期短，產量大，利于石墨烯復合材料的制備。技術方案：技術思路是將固相剝離的概念應用與液相，起始材料為石墨。對石墨材料進行膨脹預處理。將石墨浸泡到由插層劑和過氧化氫組成的溶液中。使溶劑分子插層到石墨的層間，得到石墨層間化合物，即可膨脹石墨。然后將可膨脹石墨在氬氣的保護下快速加熱，石墨層間的溶劑分子急速分解成水蒸氣和二氧化碳。分解成水蒸氣和二氧化碳體積極具變大膨脹這個力大于石墨層間的范德華力，就將石墨層間膨脹開，得到膨脹石墨。在得到膨脹石墨后利用超聲分散液相剝離法進行剝離篩選。得到不同的石墨烯產品。2) 本項石墨烯制備技術的特點是低成本大規模制備石墨烯。沒有污染沒有包含污染物的廢水廢物排放。原材料循環綜合利用。運用特殊的檢測分離技術得到成品合格的石墨烯產品解決了化學法制備存在污染的問題，解決了CVD法能耗高產能低無法工業化生產的問題。使石墨烯進入工業化應用成為可能。3) 我們公司制備的石墨烯改性超級電容用活性炭。是在活性炭的基礎上，利用現有的活性炭材料為骨架。支撐開石墨烯的結構，石墨烯提高活性炭的微觀導電性，活性炭支撐開石墨烯的結構防止石墨烯團聚從而將2種材料的的性能完全表現出來。整個生產過程無污染物排放。石墨烯改性超級電容器用活性炭無論是木質碳還是石油焦的碳都可以復合應用來源廣泛成本低廉。4) 本項目生產過程裝備皆采用了清潔生產方案，即：原料輔料配料不使用任何有毒的不分解的溶劑助劑；裝備采用全封閉機械，機械操控采用自動化中央遠程控制等。5) 本項目計劃在鹽城申請專利保護同時申請國際PCT的專利。本項目的產品石墨烯干粉、石墨烯各種分散液、石墨烯改性超級電容器活性炭已經通過工業化生產線應用實驗。技術成熟，可進入產業化實施階段。. 石墨烯改性超級電容用活性炭生產工藝流程圖. 設備方案. 設備選型原則設備選型依據工藝要求和建設規模，本著“成熟、可靠、先進、經濟、環保”的原則選型。推行精益生產理念作為設計出發點，合理組織車間物流系統，以“降低生產成本，提高產品質量”為中心任務，做到在制品最少、物流成本最低，實現企業利潤的最大化。工藝方案的制定和設備選型力求與產品技術要求相適應，與生產規模相協調，針對產品工藝特點、技術要求，新增設備力求高起點、高水平、高質量；加強工序間檢測和最終檢測，有效控制產品質量。 按照環境保護、勞動安全衛生和消防要求，對廢氣、廢水、噪音等污染源及危害勞動安全衛生的不利因素，遵照“三同時”的原則，采取相應的治理措施，以符合國家和地方的有關法規。. 主要設備選型方案本項目除采用國內先進的通用設備外另外自行加工制造關鍵生產設備組成成套石墨烯生產裝備，以形成工業化的生產能力。項目工廠選用的主要設備有：全自動配料混料機、噴霧干燥機、高頻篩、真空壓力液體過濾機、高速球磨機、氣流研磨機、離心分離機、常溫常壓反應釜、沉降釜、常壓精餾塔、減壓精餾塔、雙錐形真空干燥器、各種檢測檢驗設備、各種輸送機、除塵系統、自動化秤重配料系統、大功率超聲機、管道輸送裝置等69臺（套）。設備情況詳見下表：主要生產設備表序號名稱單位數量備注一、生產石墨烯設備清單1常溫常壓反應釜臺62真空壓力液體過濾機臺43沉降釜臺44噴霧干燥機臺45氣流研磨機臺26高速球磨機臺27常壓精餾塔臺28減壓精餾塔臺29軸流風機臺610自動混料機臺611離心分離機臺1212除塵系統套113冷卻系統套114電控系統套1二、石墨烯改性超級活性炭設備清單1全自動混料機臺22超純水制取設備套23干燥箱套44雙錐形真空干燥器臺25高溫活化箱臺26電控系統套17除塵裝置套18冷卻系統套19管道輸送裝置套1合計69. 總平面布置. 廠區設計原則216。 總平面布置以生產工藝流程為主線，各個生產車間按物流走向分區布置，以人流、物流通暢、便捷、互不干擾為原則。216。 合理安排建筑物之間的間距，保證足夠的防火間距和消防疏散通道。216。 車間四周種花種草綠化環境，把整個廠區建成現代化的生產基地。216。 廠內道路采用水泥混凝土路面，道路結構為：；水泥穩定碎石厚20cm；天然砂礫石厚40cm；土基壓實。，道路結構為：；水泥穩定碎石厚20cm；天然砂礫石厚30cm；土基壓實。216。 本工程廠內運輸采用汽車、叉車運輸，汽車運輸車輛由委托社會承擔。成品及原材料廠外進出運輸，委托社會專業運輸公司承擔。. 總平面設計根據本工程工藝要求及場地周邊道路條件，總平面布置將廠區按功能分區：庫房、聯合生產車間、行政辦公區、輔助用房。216。 廠房應按照生產工藝流程及所要求的潔凈級別進行合理布局。同一廠房和鄰近廠房進行的各項操作不得互相妨礙。做到人流與物流分開，原材料與半成品、成品分開