新興產業技術前瞻:超級電容掀起市場波瀾

超級電容器(Supercapacitors):又名電化學電容器,是一種介于傳統電容器與電池之間、具有特殊性能的電源,其基本原理和其它種類的雙電層電容器相同,緊要依賴雙電層和氧化還原假電容電荷儲存電能,利用活性炭多孔電極和電解質組成的雙電層結構獲得超大的容量。

超級電容具有很多優勢,可部分取代傳統電池:超級電容功率密度高(可達300W/KG~5000W/KG)、大電流放電能力超強、充放電時間短(以秒、分鐘計)、循環壽命長(儲能的過程并不發生化學反應,這種儲能過程是可逆的,因此超級電容器可以反復充放電數十萬次)、工作溫度范圍寬、充放電線路簡單、測試簡便等優勢。超級電容兼有電池和電容的特點,在不少范疇可以取代傳統的電池的用途。

超級電容能量密度小,全面替代鋰電池為時尚早:雖然超級電容有很多優勢,但是目前其最大的問題在于其能量密度低。以最先進的石墨烯超級電容為例,目前世界最先進水平約莫可以達到90Wh/kg(試驗室水平),而特斯拉汽車使用的18650鋰電池,據估算其能量密度約為170Wh/Kg(量產水平)。這意味著,以超級電容作為動力源,要供應相同的總能量,超級電容所需的重量將是鋰電池的兩倍。因此,目前鋰電池仍有其優點,超級電容全面替代鋰電的時代尚未到來。

電池將來格局未定,超級電容是有力競爭者之一:電池一直是許多電力、電子產品的瓶頸,但進步卻不是很大。從1859年鉛酸蓄電池發明開始,150多年的時間,歷經鉛酸、氫鎳和鋰電池三代緊要品種,能量密度也僅提高至今朝的170Wh/Kg左右。不過近20年有大量新的思路和材料被用于電池制造,各類電池的進步加快。鋰電池能量密度近幾年約莫提升了100%,燃料動力電池、金屬空氣電池等新興品種可以將電池能量密度成倍的提高。超級電容也從幾年前5wh/kg提升至今朝的90wh/kg,進步非常快并將持續快速提升。將來電池格局未定,超級電容進步很快,又有快速充放電、壽命長等神奇優勢,是其中的有力競爭者之一。

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