新兴产业技术前瞻:超级电容掀起市场波澜

超级电容器(Supercapacitors):又名电化学电容器,是一种介于传统电容器与电池之间、具有特殊性能的电源,其基本原理和其它种类的双电层电容器相同,重要依靠双电层和氧化还原假电容电荷储存电能,利用活性炭多孔电极和电解质组成的双电层结构获得超大的容量。

超级电容具有很多优点,可部分取代传统电池:超级电容功率密度高(可达300W/KG~5000W/KG)、大电流放电能力超强、充放电时间短(以秒、分钟计)、循环寿命长(储能的过程并不发生化学反应,这种储能过程是可逆的,因此超级电容器可以反复充放电数十万次)、工作温度范围宽、充放电线路简单、检测简便等优点。超级电容兼有电池和电容的特点,在不少领域可以取代传统的电池的用途。

超级电容能量密度小,全面替代锂离子电池为时尚早:虽然超级电容有很多优点,但是目前其最大的问题在于其能量密度低。以最先进的石墨烯超级电容为例,目前世界最先进水平大约可以达到90Wh/kg(实验室水平),而特斯拉汽车使用的18650锂离子电池,据估算其能量密度约为170Wh/Kg(量产水平)。这意味着,以超级电容作为动力源,要供应相同的总能量,超级电容所需的重量将是锂离子电池的两倍。因此,目前锂离子电池仍有其优势,超级电容全面替代锂电的时代尚未到来。

电池未来格局未定,超级电容是有力竞争者之一:电池一直是许多电力、电子产品的瓶颈,但进步却不是很大。从1859年铅酸电池发明开始,150多年的时间,历经铅酸、氢镍和锂离子电池三代重要品种,能量密度也仅提高至现在的170Wh/Kg左右。不过近20年有大量新的思路和材料被用于电池制造,各类电池的进步加快。锂离子电池能量密度近几年大约提升了100%,燃料动力电池、金属空气电池等新兴品种可以将电池能量密度成倍的提高。超级电容也从几年前5wh/kg提升至现在的90wh/kg,进步非常快并将继续快速提升。未来电池格局未定,超级电容进步很快,又有快速充放电、寿命长等独特优点,是其中的有力竞争者之一。