超级电容器是一种功率型的储能器件，它是通过电极材料与电解液之间界面形成双电层，或电极表面快速的氧化还原反应来储存电能的器件。其主要具备使用寿命长、充电时间短、可显示存电量、材料无限、低温性能良好等优点。因此，被人们在新能源汽车的应用中赋予了较大期待。
具体来说，超级电容器可以分为三类：准（赝）电容器、混合型超级电容器和双电层电容器。其中C/C
无机体系和C/C有机体系，由于其电压在2.7V，比能量3～6Wh/kg，比功率3～12kW/kg，循环寿命达到106次，是目前电动汽车应用的首选。
但同时，超级电容器也存在重量和体积的比能量低、价格贵的缺点。目前的超级电容器充电一次只够电动汽车行驶几公里，每千瓦时的蓄能产品价格却是电池的近10倍。这两大问题是超级电容器在电动汽车应用上难以大量推广、单独使用的瓶颈。
超级电容器关键技术
不断提高超级电容器的性能，是超级电容器的立命之本，其中的核心技术主要包括以下三个方面。首先，如何获得高性能、低成本炭材料将成为技术攻关的关键。我们总结双电层电容器对多孔电容炭材料性能要求时，有“六高”，即高比表面、高中孔率、高电导率、高堆积比重、高纯度、高性价比。这些指标间彼此相互矛盾、极难兼顾，必须精心调节优化。
在超级电容器的成本中，作为精细化工产品的超高比表面活性炭占了很大部分。目前，我国相关材料的生产多为间歇式生产，效率低，产品性能不稳定，高性能的电容炭主要依靠进口。而每吨30万元至80万元不等的进口价格，使我们想得到“更加便宜的超级电容汽车”的梦想难以实现。
其次，作为超级电容器核心技术，高电导率电解液的技术突破也同样重要。目前，超级电容器所用电解质主要为四氟硼酸四乙基铵和甲基三乙基四氟硼酸铵材料，溶剂普遍使用乙腈，其黏度低，电导率高。但乙腈毒性较大，沸点很低易燃烧，电动车使用超级电容器中出现过燃烧等安全事故。日本等一些发达国家已禁止乙腈体系超级电容器用于电动车。目前，国内外正在加紧开发如GBL、EA、PC等的新型溶剂。
最后，超级电容器单体低内阻电极工艺与装配技术作为超级电容器核心技术之一，目前其市场主要被美国Maxwell所占据。与其使用预制厚极片贴在涂炭铝箔上的工艺相比，国产超级电容器多采用类似锂离子电池的直接涂炭方法其实通用性更强，如果技术攻关取得突破，随着产业化生产，我国有望这在方面实现超越。
此外，社会上目前对于石墨烯超级电容器的炒作比较多，但是这与实际情况还有一定距离。理想的单层石墨烯可有新型电动车2700㎡/g的比表面，电导率高，似乎是双电层电容器的优良电极材料。实际可用的石墨烯是5-10层，比表面只几百克每平方米；它的堆积比重很小，同等体积电容器中的装载量比活性炭少很多，电容器的重量比能量和体积比能量将进一步降低。
同时，石墨烯片层边缘的悬键具有高活性（不稳定性），如用作主要储能材料，电容器的性能将逐渐衰退。相比之下，石墨烯制备价格高昂还不是主要问题。短时间内，石墨烯作为储能材料还难以有突破性进
展，而只宜作为导电添加剂，在电极中混入1%以下的用量。
应用前景值得期待
目前，超级电容器作为储能部件已应用在混合动力汽车、增程式电动公交车、燃料电池汽车、城市轨道交通、纯电动汽车上，主要与其他能量部件（发动机、蓄电池、燃料电池）并联工作，提供车辆启动需求的高功率，承受制动能量回馈和大电流快速充电的高功率冲击。在城市公交中也可单独使用。
超级电容器的使用效果显著。如果与内燃机并联，可减小其设计功率，减轻重量，节省油料，降低污染；如果与燃料电池并联，则可使其适应加减速的需求；如果与各种蓄电池并联，则可延长电池寿命，回收车辆减速时的动能，节省能源。然而，在短期内，超级电容器有其局限性，除电动公交外，它还不能作为普遍、独立的车用储能电源。
应用新趋势是发展“内并”的新型储能器件，除已有混合型超级电容器（如正极为活性炭、负极为Li4Ti5012）外，还出现了新的衍生产品：混合型电池电容器（在上述混合型超级电容器的正极中混入少部分LiC002或LiMn204）、电容型锂离子电池（锂离子电池LiFeP04正极中混入少部分活性炭）和电容型铅酸电池（即铅炭电池，在铅酸电池的负极中混入少量活性炭）。
新型储能器件优越性明显：省去并联线路、自动调整电压、简化管理系统，加快电池充电、降低使用成本，比能量远高于电容器，比功率和寿命高于电池，可以预料新型储能器件，将在电动汽车中获得越来越多的应用。
储能器件各有千秋，在互补借鉴中发展，在发展中竞争共存，不必刻意谁取代谁，让市场去客观评判，切忌“科技王婆”卖瓜。同时，随着电动汽车的发展，超级电容器及其衍生产品的市场将快速扩大.对电容炭的需求将日益增加，国产化势在必行，建议政府部门给电容炭研发和生产以大力支持。
发布评论