您好!欢迎来到中国高压电器网!

搜索 会议注册 专家库

当前位置:

首页
>
资讯中心
>
科普园地
>
正文

我们身边的“超级电容”

文章来源:南方日报

点击:

时间:2020-03-20 15:58:23

超级电容器:是一种功率型的储能器件,通过电极材料与电解液界面形成双电层,或电极表面快速的氧化还原反应来储存电能。与普通电容器相比,相同重量下电能储存量和放电时间要大出成百上千倍,而功率只有普通电容器的1/10左右。

电动汽车电池领域被投下了一颗“深水炸弹”?近日,特斯拉透露其自主研发的新电池有可能是“无钴电池”,即“干电池技术+超级电容”组合,具体成分预计会在4月电池会议上进行说明。这迅速点燃了市场对电动汽车新一轮能源革命的热情。

伴随着新能源技术的突飞猛进,锂电池、燃料电池等相关产品技术备受关注,而同样作为储能装置的超级电容器在电动汽车上还鲜少被关注。事实上,超级电容器在风光储、家庭储能、地铁能量回收等多种储能领域都可应用,而在电动汽车领域,业界寄望它可以改变充电时间长的难题——充电往往只需要数秒。

那么,超级电容到底是什么“黑科技”,它真的适合用在电动汽车领域吗?对此,南方日报记者采访数位业内专家,揭秘超级电容。

充电速度以秒计超级电容已用在广州有轨电车

花城最美三月天,广州有轨电车在花丛中穿行。仔细观察,有轨电车头顶上没有如“蜘蛛网”般的电线,只有脚底两条细轨“镶嵌”在草皮上。

2014年底,广州有轨电车建成通车,其采用了单体容量达7000法拉的超级电容器组储能,和普通有轨电车相比,最大的特点是在行进中不用外部供电,利用停靠站台上落客时间完成充电,充电时间仅需25秒。就在你上下车的一瞬间,电车就已经满电蓄势待发。

华南师范大学化学学院新能源系主任、广东省新能源材料与器件专业实验教学示范中心主任舒东介绍,超级电容器主要通过双电层或赝电容原理储存电荷,前者是基于离子在多孔材料表面的吸脱附,后者主要是表面快速的氧化还原反应,因为反应通常发生在表面,因此超级电容器和电池相比储存电荷较少,能量密度不高,也正是因为反应发生在表面,电荷储存速度非常快,超级电容器具有很高的功率密度。

“打个比方,湿毛巾中的水,通过擦拭的办法可以快速取出少量表面吸附水,这相当于双电层电容;通过挤压和拧干的方式可取出毛巾中更多的水,这相当于赝电容。”他说,水就类似于电荷,擦拭的过程就相当于接触放电,如果要更多的电荷,就需要更大力气挤压。

相比之下,以往的储能设备是由电能转变成化学能,再由化学能转变成电能,两次转变能量有损失,超级电容器直接充电,再直接放电,其过程中并不发生化学反应。同时,由于这种储能过程是可逆的,超级电容器可以反复充放电数十万次,由于能量形式没有转变,损失也很小,充放电效率更高。

可回收制动能量广泛应用于地铁、飞机等场景

与广州有轨电车相似,超级电容以其环保、节能的优势,成为公共交通领域的一个解决方案。

“地铁上也会经常用到,例如地铁启动就是一个瞬时大电流过程,超级电容器就可以提供高电流和大量能量;而在地铁进站停车时,又是大电流释放过程,会摩擦发热,一般的电池承受不了,而超级电容器可以回收制动能量。”浙江合众新能源汽车工程院副院长邓晓光说。

邓晓光介绍,在工程机械领域,如庞大的挖掘机在启动时,瞬时间也同样需要大量的动力,此时超级电容器放电,挖掘机在运转过程中又逐步给超级电容器回电。

“风力发动机变桨系统、空客A380大飞机应急舱门系统,也同样用到了超级电容技术。”舒东说。

不仅如此,如高尔夫球车、机场摆渡车这类在特定区域内行驶的车辆,因其运行距离较短,也被认为可以使用超级电容器作为能源供应器件。

广汽新能源技术中心副部长刘太刚介绍,大电流放电是动力电池的弱点,电动汽车在启动、急加速时需要大电流放电,超级电容技术则有望弥补动力电池的不足。

不少车企也在投入超级电容技术研发,邓晓光在某国有车企工作时,也曾投入精力于此,“当时我们就探索,超级电容器与一些比较贵的电池搭配使用,超车、爬山等需要突然加速时,超级电容发挥瞬时电流‘pulse’(脉冲)一下,而当车辆平稳行进中则用锂电池持续放电”。

像短跑,耐力有限醉翁之意在固态电池领域?

尽管超级电容器在部分领域已较为成熟,但在乘用车,超级电容技术并没有真正应用起来。“超级电容并不能很好地持续输出能量,电动汽车也不能像有轨电车一样定点定线运行。因而电动汽车很难将超级电容器作为唯一的能量来源。”邓晓光说。

邓晓光说,在动力电池成本较高时,这种方式可以起到降成本的作用,但随着锂离子电池的成本不断下降,且性能逐步提升,也能放出大电流。“和电池相比,超级电容技术就像短跑,速度快,但耐力有限;电池像长跑,但速度不够快。”舒东说,车辆每次起步时需用到的动力较大,但这种情况占到用车过程可能只有1%,而且电容器增加了体积、重量,而能量密度并没有增加,单体成本还需要降低,应用范围也有限。“作为商业宣传无可厚非,但作为投资人,需要谨慎考虑。一项新技术的诞生,需要长期的积累,很难有横空出世的新技术。”

相比之下,特斯拉提出的无钴电池与干电池的应用,在业内看来是一种趋势。刘太刚也介绍,目前动力电池的续航普遍提升到了五六百公里,动力电池也会不断升级,例如固态电池会是一个很好的方向,既可以很好地解决如着火等安全问题,也在能量密度与成本之间可以很好地平衡,甚至使800到1000公里的续航也成为可能,超级电容器的优势并不能凸显出来。

醉翁之意不在酒?方正证券则在报告中表示,超级电容电极极片的制造工艺分为干电极与湿电极两种技术,特斯拉收购美国超级电容器生产商Maxwell或许主要看中Maxwell独有干电极工艺,并借鉴到电池极片生产工艺,为后面的固态电池生产做技术储备。