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(guò)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(lái)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(chē)中最為常用。其中C/C無(wú)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(chē)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(zhǎng)、充電時(shí)間短、可顯示存電量、材料無(wú)限、低溫性能良好等優(yōu)點(diǎn)。因此，被人們?cè)谛履茉雌?chē)的應(yīng)用中賦予了較大期待。
與鋰離子電池相比，其儲(chǔ)能的過(guò)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(zhǎng)達(dá)百萬(wàn)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(zhǎng)循環(huán)壽命足以彌補(bǔ)價(jià)格高的問(wèn)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(chē)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(wèn)題是超級(jí)電容器在電動(dòng)汽車(chē)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(chē)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(chē)、增程式 電動(dòng)公交車(chē)、燃料電池汽車(chē)、城市軌道交通、純電動(dòng)汽車(chē)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(chē)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(chē)組成混合電動(dòng)車(chē)時(shí)，超級(jí)電容器的使用通過(guò)回收剎車(chē)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(zhǎng)電池壽命，回收車(chē)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(chē)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。
其次，作為超級(jí)電容器核心技術(shù)，高電導(dǎo)率電解液的技術(shù)突破也同樣重要。目前，超級(jí)電容器所用電解質(zhì)主要為四氟硼酸四乙基銨和甲基三乙基四氟硼酸銨材料，溶劑普遍使用乙腈，其黏度低，電導(dǎo)率高。但乙腈毒性較大，沸點(diǎn)很低易燃燒，電動(dòng)車(chē)使用超級(jí)電容器中出現(xiàn)過(guò)燃燒等安全事故。日本等一些發(fā)達(dá)國(guó)家已禁止乙腈體系超級(jí)電容器用于電動(dòng)車(chē)。目前，國(guó)內(nèi)外正在加緊開(kāi)發(fā)如GBL、EA、PC等的新型溶劑。
最后，超級(jí)電容器單體低內(nèi)阻電極工藝與裝配技術(shù)作為超級(jí)電容器核心技術(shù)之一，目前其市場(chǎng)主要被美國(guó)Maxwell所占據(jù)。與其使用預(yù)制厚極片貼在涂炭鋁箔上的工藝相比，國(guó)產(chǎn)超級(jí)電容器多采用類似鋰離子電池的直接涂炭方法其實(shí)通用性更強(qiáng)，如果技術(shù)攻關(guān)取得突破，隨著產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)，我國(guó)有望這在方面實(shí)現(xiàn)超越。
石墨烯到底有沒(méi)有那么神？
社會(huì)上目前對(duì)于石墨烯超級(jí)電容器的炒作比較多，但是這與實(shí)際情況還有一定距離。理想的單層石墨烯可有2700m2/g的比表面，電導(dǎo)率高，似乎是雙電層電容器的優(yōu)良電極材料。實(shí)際可用的石墨烯是5-10層， 比表面只幾百克每平方米；它的堆積比重很小，同等體積電容器中的裝載量比活性炭少很多，電容器的重量比能量和體積比能量將進(jìn)一步降低。同時(shí)，石墨烯片層邊 緣的懸鍵具有高活性（不穩(wěn)定性），如用作主要儲(chǔ)能材料，電容器的性能將逐漸衰退。相比之下，石墨烯制備價(jià)格高昂還不是主要問(wèn)題。短時(shí)間內(nèi)，石墨烯作為儲(chǔ)能材料還難以有突破性進(jìn)展，而只宜作為導(dǎo)電添加劑，在電極中混入1%以下的用量。
超級(jí)電容器能讓電動(dòng)汽車(chē)更實(shí)用更便宜嗎？
我國(guó)超級(jí)電容器2004年，上海市在國(guó)內(nèi)首先建成超級(jí)電容器電動(dòng)公交線路。2012年，南車(chē)時(shí)代、宇通客車(chē)等汽車(chē)廠家已將超級(jí)電容器運(yùn)用在混合動(dòng)力客車(chē)。然而，由于超級(jí)電容器目前存在能量密度較低的缺點(diǎn)，充電一次只夠電動(dòng)汽車(chē)行駛幾公里，只能在設(shè)有充電站的固定公交線路上作為“單獨(dú)”電源使用，而難以在電動(dòng)汽車(chē)上普遍單獨(dú)使用。
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比很大。目前，國(guó)內(nèi)相關(guān)材料的生產(chǎn)多為間歇式生產(chǎn)，效率低，產(chǎn)品性能不穩(wěn)定，高性能的電容炭主要依靠進(jìn)口。而每噸30萬(wàn)元至80萬(wàn)元不等的進(jìn)口價(jià)格，使我們想得到“更加便宜的超級(jí)電容汽車(chē)”的夢(mèng)想難以實(shí)現(xiàn)。要“更加便宜的超級(jí)電容汽車(chē)”，就要從電容炭降價(jià)入手。
超級(jí)電容器會(huì)引發(fā)新能源汽車(chē)革命性發(fā)展嗎？
在可見(jiàn)的未來(lái)，超級(jí)電容器的比能量還難以取得大的突破。新的趨勢(shì)是發(fā)展“內(nèi)并”的新型儲(chǔ)能器件。目前，在混合電容器的基礎(chǔ)上，出現(xiàn)了新的衍生產(chǎn)品：混合型電池電容器、電容型鋰離子電池、電容型鉛酸電池(即鉛炭電池)等。它們的優(yōu)勢(shì)明顯，一方面省去并聯(lián)線路，另一方面能夠自動(dòng)調(diào)整電壓、簡(jiǎn)化管理系統(tǒng)，加快電池充電。降低了使用成本。其比能量遠(yuǎn)高于電容器，比功率和壽命卻高于電池?？梢灶A(yù)料這種“內(nèi)并聯(lián)”使用的模式將在電動(dòng)汽車(chē)中獲得越來(lái)越多的應(yīng)用。
儲(chǔ)能器件各有千秋，在互補(bǔ)借鑒中發(fā)展，在發(fā)展中競(jìng)爭(zhēng)共存，不必刻意誰(shuí)取代誰(shuí)，讓市場(chǎng)去客觀評(píng)判，切忌“科技王婆”賣(mài)瓜。同時(shí)，隨著電動(dòng)汽車(chē)的發(fā)展，超級(jí)電容器及其衍生產(chǎn)品的市場(chǎng)將快速擴(kuò)大，對(duì)電容炭的需求將日益增加，國(guó)產(chǎn)化勢(shì)在必行，建議政府部門(mén)給電容炭研發(fā)和生產(chǎn)以大力支持。
