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“超級電容”的故事 |
【名詞解釋】超級電容器：是一種功率型的儲能器件，通過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來儲存電能。與普通電容器相比，相同重量下電能儲存量和放電時間要大出成百上千倍，而功率只有普通電容器的1/10左右。
電動汽車電池領域被投下了一顆“深水炸彈”？近日，特斯拉透露其自主研發的新電池有可能是“無鈷電池”，即“干電池技術+超級電容”組合，具體成分預計會在4月電池會議上進行說明。這迅速點燃了市場對電動汽車新一輪能源革命的熱情。
伴隨著新能源技術的突飛猛進，鋰電池、燃料電池等相關產品技術備受關注，而同樣作為儲能裝置的超級電容器在電動汽車上還鮮少被關注。事實上，超級電容器在風光儲、家庭儲能、地鐵能量回收等多種儲能領域都可應用，而在電動汽車領域，業界寄望它可以改變充電時間長的難題——充電往往只需要數秒。
那么，超級電容到底是什么“黑科技”，它真的適合用在電動汽車領域嗎？對此，南方日報記者采訪數位業內專家，揭秘超級電容。
南方日報記者 郜小平
本版圖片均為資料圖片
策劃統籌：張志超 程鵬
充電速度以秒計超級電容已用在廣州有軌電車
花城最美三月天，廣州有軌電車在花叢中穿行。仔細觀察，有軌電車頭頂上沒有如“蜘蛛網”般的電線，只有腳底兩條細軌“鑲嵌”在草皮上。
2014年底，廣州有軌電車建成通車，其采用了單體容量達7000法拉的超級電容器組儲能，和普通有軌電車相比，最大的特點是在行進中不用外部供電，利用?？空九_上落客時間完成充電，充電時間僅需25秒。就在你上下車的一瞬間，電車就已經滿電蓄勢待發。
華南師范大學化學學院新能源系主任、廣東省新能源材料與器件專業實驗教學示范中心主任舒東介紹，超級電容器主要通過雙電層或贗電容原理儲存電荷，前者是基于離子在多孔材料表面的吸脫附，后者主要是表面快速的氧化還原反應，因為反應通常發生在表面，因此超級電容器和電池相比儲存電荷較少，能量密度不高，也正是因為反應發生在表面，電荷儲存速度非?？欤夒娙萜骶哂泻芨叩墓β拭芏?。
“打個比方，濕毛巾中的水，通過擦拭的辦法可以快速取出少量表面吸附水，這相當于雙電層電容；通過擠壓和擰干的方式可取出毛巾中更多的水，這相當于贗電容。”他說，水就類似于電荷，擦拭的過程就相當于接觸放電，如果要更多的電荷，就需要更大力氣擠壓。
相比之下，以往的儲能設備是由電能轉變成化學能，再由化學能轉變成電能，兩次轉變能量有損失，超級電容器直接充電，再直接放電，其過程中并不發生化學反應。同時，由于這種儲能過程是可逆的，超級電容器可以反復充放電數十萬次，由于能量形式沒有轉變，損失也很小，充放電效率更高。
可回收制動能量廣泛應用于地鐵、飛機等場景
與廣州有軌電車相似，超級電容以其環保、節能的優勢，成為公共交通領域的一個解決方案。
“地鐵上也會經常用到，例如地鐵啟動就是一個瞬時大電流過程，超級電容器就可以提供高電流和大量能量；而在地鐵進站停車時，又是大電流釋放過程，會摩擦發熱，一般的電池承受不了，而超級電容器可以回收制動能量。”浙江合眾新能源汽車工程院副院長鄧曉光說。
鄧曉光介紹，在工程機械領域，如龐大的挖掘機在啟動時，瞬時間也同樣需要大量的動力，此時超級電容器放電，挖掘機在運轉過程中又逐步給超級電容器回電。
“風力發動機變槳系統、空客A380大飛機應急艙門系統，也同樣用到了超級電容技術。”舒東說。
不僅如此，如高爾夫球車、機場擺渡車這類在特定區域內行駛的車輛，因其運行距離較短，也被認為可以使用超級電容器作為能源供應器件。
廣汽新能源技術中心副部長劉太剛介紹，大電流放電是動力電池的弱點，電動汽車在啟動、急加速時需要大電流放電，超級電容技術則有望彌補動力電池的不足。
不少車企也在投入超級電容技術研發，鄧曉光在某國有車企工作時，也曾投入精力于此，“當時我們就探索，超級電容器與一些比較貴的電池搭配使用，超車、爬山等需要突然加速時，超級電容發揮瞬時電流‘pulse’（脈沖）一下，而當車輛平穩行進中則用鋰電池持續放電”。
像短跑，耐力有限醉翁之意在固態電池領域？
盡管超級電容器在部分領域已較為成熟，但在乘用車，超級電容技術并沒有真正應用起來。“超級電容并不能很好地持續輸出能量，電動汽車也不能像有軌電車一樣定點定線運行。因而電動汽車很難將超級電容器作為唯一的能量來源。”鄧曉光說。
鄧曉光說，在動力電池成本較高時，這種方式可以起到降成本的作用，但隨著鋰離子電池的成本不斷下降，且性能逐步提升，也能放出大電流。“和電池相比，超級電容技術就像短跑，速度快，但耐力有限；電池像長跑，但速度不夠快。”舒東說，車輛每次起步時需用到的動力較大，但這種情況占到用車過程可能只有1%，而且電容器增加了體積、重量，而能量密度并沒有增加，單體成本還需要降低，應用范圍也有限。“作為商業宣傳無可厚非，但作為投資人，需要謹慎考慮。一項新技術的誕生，需要長期的積累，很難有橫空出世的新技術。”
相比之下，特斯拉提出的無鈷電池與干電池的應用，在業內看來是一種趨勢。劉太剛也介紹，目前動力電池的續航普遍提升到了五六百公里，動力電池也會不斷升級，例如固態電池會是一個很好的方向，既可以很好地解決如著火等安全問題，也在能量密度與成本之間可以很好地平衡，甚至使800到1000公里的續航也成為可能，超級電容器的優勢并不能凸顯出來。
醉翁之意不在酒？方正證券則在報告中表示，超級電容電極極片的制造工藝分為干電極與濕電極兩種技術，特斯拉收購美國超級電容器生產商Maxwell或許主要看中Maxwell獨有干電極工藝，并借鑒到電池極片生產工藝，為后面的固態電池生產做技術儲備。
