石墨烯電池將改變電動(dòng)汽車的未來?聽起來很神是吧?事實(shí)上這一切還只是傳說。就連現(xiàn)實(shí)中被寄予厚望的超級(jí)電容器還困難重重呢。
什么是超級(jí)電容器?
超級(jí)電容器是一種功率型的儲(chǔ)能器件，通過電極材料與電解液界面形成雙電層，或電極表面快速的氧化還原反應(yīng)來儲(chǔ)存電能。與人們熟知的普通電容器相比，在相同重量的情況下，它的電能儲(chǔ)存量和放電時(shí)間要大出成百上千倍，而功率只有普通電容器的約1/10。
超級(jí)電容器可以分為三類，準(zhǔn)(贗)電容器、混合型超級(jí)電容器和雙電層電容器。雙電層電容器，正、負(fù)極均使用超高比表面活性炭，俗稱電容炭。準(zhǔn)電容器，以金屬氧化物、導(dǎo)電聚合物為電極材料。其中，雙電層電容器中碳碳正、負(fù)極的有機(jī)介質(zhì)電容器在目前電動(dòng)汽車中最為常用。其中C/C無機(jī)體系和C/C有機(jī)體系，由于其電壓在2.7V，比能量3~6Wh/kg，比功率3~12kW/kg，循環(huán)壽命達(dá)到106次，是目前電動(dòng)汽車應(yīng)用的首選。
超級(jí)電容器有什么優(yōu)缺點(diǎn)?
其主要具備使用壽命長、充電時(shí)間短、可顯示存電量、材料無限、低溫性能良好等優(yōu)點(diǎn)。因此，被人們?cè)谛履茉雌嚨膽?yīng)用中賦予了較大期待。
與鋰離子電池相比，其儲(chǔ)能的過程并不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，所以能夠快充快放，功率高出電池十倍;低溫性能良好;循環(huán)使用壽命長達(dá)百萬次，是鋰離子電池的幾百倍。雖然價(jià)格通常要比同等蓄電量的鋰離子電池高出約10倍，但長循環(huán)壽命足以彌補(bǔ)價(jià)格高的問題。
但同時(shí)，超級(jí)電容器也存在重量和體積的比能量低、價(jià)格貴的缺點(diǎn)。目前的超級(jí)電容器充電一次只夠電動(dòng)汽車行駛幾公里，每千瓦時(shí)的蓄能產(chǎn)品價(jià)格卻是電池的近10倍。這兩大問題是超級(jí)電容器在電動(dòng)汽車應(yīng)用上難以大量推廣、單獨(dú)使用的瓶頸。
超級(jí)電容器怎么用在新能源汽車中?
目前，超級(jí)電容器已經(jīng)作為儲(chǔ)能部件應(yīng)用在混合動(dòng)力公交車、增程式 電動(dòng)公交車、燃料電池汽車、城市軌道交通、純電動(dòng)汽車上。主要與其他能量部件(發(fā)動(dòng)機(jī)、蓄電池、燃料電池)并聯(lián)工作，提供車輛啟動(dòng)需求的高功率，承受制動(dòng) 能量回饋和大電流快速充電的高功率沖擊。在城市公交中也可單獨(dú)使用。
超級(jí)電容器的使用效果顯著。與傳統(tǒng)燃油汽車組成混合電動(dòng)車時(shí)，超級(jí)電容器的使用通過回收剎車能量就可有10%至20%的節(jié)油率。但是，超級(jí)電容主要發(fā)揮的還是配角作用，如果與內(nèi)燃機(jī)并聯(lián)，可減小其設(shè)計(jì)功率，減輕重量，節(jié)省油料，降低污染;如果與燃料電池并聯(lián)，則可使其適應(yīng)加減速的需求;如果與各種蓄電池并聯(lián)，則可延長電池壽命，回收車輛減速時(shí)的動(dòng)能，節(jié)省能源。然而，在短期內(nèi)，超級(jí)電容器有其局限性，除電動(dòng)公交外，它還不能作為普遍、獨(dú)立的車用儲(chǔ)能電源。
超級(jí)電容器技術(shù)突破難在哪里?
不斷提高性能，是超級(jí)電容器的立命之本，其中的核心技術(shù)主要包括 以下三個(gè)方面。首先，如何獲得高性能、低成本炭材料將成為技術(shù)攻關(guān)的關(guān)鍵。我們總結(jié)雙電層電容器對(duì)多孔電容炭材料性能要求時(shí)，有“六高”，即高比表面、高 中孔率、高電導(dǎo)率、高堆積比重、高純度、高性價(jià)比。這些指標(biāo)間彼此相互矛盾、極難兼顧，必須精心調(diào)節(jié)優(yōu)化。在超級(jí)電容器的成本中，作為精細(xì)化工產(chǎn)品的超高比表面活性炭占了很大部分。
