超級(jí)電容非常棒。但它們能否在未來(lái)的電動(dòng)汽車中替代電池呢？

雖然它們跟電池相比有顯著的優(yōu)勢(shì)，畢竟，它們更輕，充電更快，更安全，無(wú)毒，但在某些方面電池會(huì)徹底擊敗它們，至少現(xiàn)在是這樣。

隨著特斯拉等公司最近收購(gòu)超級(jí)電容制造商Maxwell，超級(jí)電容可能即將取代電池，成為電動(dòng)汽車的主要電源。

什么是超級(jí)電容？

超級(jí)電容器，又稱電化學(xué)電容器，是近年來(lái)越來(lái)越流行的一種儲(chǔ)能系統(tǒng)。它們可以被認(rèn)為是類似于普通電容器和電池的混合體，但又不同于兩者。

就像電池一樣，超級(jí)電容器也具有由電解質(zhì)隔開(kāi)的正極和負(fù)極。但是，與電池不同的是，超級(jí)電容器像電容器一樣以靜電的方式儲(chǔ)存能量，而不是像電池那樣以化學(xué)的方式儲(chǔ)存能量。

超級(jí)電容器也有一個(gè)介質(zhì)分離器來(lái)分離電解質(zhì)——就像電容器一樣。這種內(nèi)部的電池結(jié)構(gòu)使得超級(jí)電容器具有很高的能量存儲(chǔ)密度，特別是與普通電容器相比。

與電池相比，超級(jí)電容器確實(shí)比同樣大小的電池存儲(chǔ)的能量要少。但是，他們能夠更快地釋放它，因?yàn)榉烹姴灰蕾囉诎l(fā)生的化學(xué)反應(yīng)。

它們的另一個(gè)好處是，它們可以多次充電而很少衰減(超過(guò)100萬(wàn)次的充放電循環(huán)很常見(jiàn))。這是因?yàn)楫?dāng)電荷存儲(chǔ)在它們內(nèi)部時(shí)，不會(huì)發(fā)生物理或化學(xué)變化。

超級(jí)電容器最常用的電極材料是各種形式的碳，如活性炭、碳纖維布、碳化物衍生碳，碳?xì)饽z、石墨(石墨烯)和碳納米管(CNT)。

超級(jí)電容器用于需要多次快速充放電循環(huán)而不是長(zhǎng)期高能量密度儲(chǔ)能的場(chǎng)合。此外，它們還用于汽車助推器包和動(dòng)力組。

超級(jí)電容器能代替電池嗎？

這個(gè)問(wèn)題的答案在很大程度上取決于它們的應(yīng)用場(chǎng)合。兩者都有各自的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)。如前所述，電池的能量密度比超級(jí)電容高得多。

這意味著它們更適合于能量密度更高的應(yīng)用場(chǎng)合，并允許設(shè)備運(yùn)行更長(zhǎng)時(shí)間。超級(jí)電容器的功率密度比電池高得多。這使它們成為高功率應(yīng)用的理想選擇，例如為汽車加速供電。

超級(jí)電容器的壽命比電池長(zhǎng)得多。一般的電池可以維持2000-3000次的完全充放電循環(huán)，而超級(jí)電容通?？梢跃S持100萬(wàn)次以上。

超級(jí)電容器更安全，毒性也更低。它們不含有害化學(xué)物質(zhì)或重金屬，也不像電池那樣容易爆炸。

與電池相比，超級(jí)電容器有更大的工作范圍。它們?cè)谶@一領(lǐng)域輕而易舉地?fù)魯×穗姵?，可以?40到+65攝氏度的范圍內(nèi)工作。

超級(jí)電容器的充放電速度比電池快得多，通常只需幾秒鐘。另一方面，電池的充電速度要慢得多(當(dāng)然這取決于電池的大小和類型)。

超級(jí)電容器的自放電效率也比電池高得多。

與電池相比，許多超級(jí)電容器的保質(zhì)期也要長(zhǎng)得多。比如SkelCap工業(yè)超級(jí)電容器，可以一次儲(chǔ)存長(zhǎng)達(dá)15年，容量幾乎沒(méi)有下降。

與任何技術(shù)一樣，使用它們的主要驅(qū)動(dòng)力是成本效益。對(duì)于需要短脈沖能量的應(yīng)用，從長(zhǎng)期來(lái)看，超級(jí)電容器是更經(jīng)濟(jì)的選擇。

然而，對(duì)于需要長(zhǎng)時(shí)間持續(xù)低電流的應(yīng)用，電池是一個(gè)更好的選擇。

超級(jí)電容器能否在未來(lái)的電動(dòng)汽車中取代電池？

正如我們所見(jiàn)，超級(jí)電容最適合在短時(shí)間內(nèi)需要大量電能的情況下使用。就電動(dòng)汽車而言，這意味著當(dāng)汽車需要能量爆發(fā)時(shí)(比如在加速時(shí))，它們將比電池更好。

事實(shí)上，這正是豐田對(duì)雅力士混合動(dòng)力Hybrid-R概念車所做的事。它使用超級(jí)電容器就是為了這個(gè)目的。

標(biāo)致雪鐵龍也開(kāi)始使用超級(jí)電容器，作為其啟停燃油節(jié)能系統(tǒng)的一部分。這依賴于更快的初始加速度。

馬自達(dá)的i-ELOOP系統(tǒng)也使用超級(jí)電容在減速過(guò)程中存儲(chǔ)能量。儲(chǔ)存的能量用于發(fā)動(dòng)機(jī)的啟停系統(tǒng)。

在日常駕駛中，超級(jí)電容器還不能代替電動(dòng)汽車中的電池。由于這個(gè)原因，鋰電池很可能在不久的將來(lái)成為電動(dòng)汽車的首選電源，直到開(kāi)發(fā)出更好的替代能源。

許多人認(rèn)為，隨著能量回收系統(tǒng)在減速過(guò)程中的普及，超級(jí)電容器將變得越來(lái)越普遍。這種儲(chǔ)存的能量可以在加速時(shí)重復(fù)使用，而不是直接從電池取電。

然而，根據(jù)這項(xiàng)研究，當(dāng)“電力需求小于電動(dòng)機(jī)的功率容量時(shí)，它們可以在混合動(dòng)力汽車中代替電池；當(dāng)車輛動(dòng)力需求超過(guò)電機(jī)動(dòng)力需求時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行滿足車輛動(dòng)力需求，并為超級(jí)電容器單元提供充電動(dòng)力。

最近對(duì)石墨烯超級(jí)電容器的研究可能意味著電動(dòng)車電池的時(shí)代可能很快就會(huì)結(jié)束。這項(xiàng)研究由萊斯大學(xué)和昆士蘭科技大學(xué)的科學(xué)家合作完成，發(fā)表在《電源與納米技術(shù)雜志》上。

他們研發(fā)的溶液由由兩層石墨烯組成，在它們之間具有電解質(zhì)層。這層薄膜很強(qiáng)大，能在短時(shí)間內(nèi)釋放大量的能量。

但這是有限制的，它畢竟是一個(gè)超級(jí)電容。這項(xiàng)研究的不同之處在于，他們建議在未來(lái)的電動(dòng)汽車中，可以用大量的超級(jí)電容器來(lái)替代電池，以替代笨重的電池。

例如，可以將它們集成到車身面板、車頂板、地板甚至車門中。理論上，這可以為汽車提供所需的所有能量，并使其比電池驅(qū)動(dòng)的電動(dòng)汽車輕得多。

這種電動(dòng)汽車的充電速度也比電池驅(qū)動(dòng)的電動(dòng)汽車快得多。但是，像所有的超級(jí)電容一樣，這種解決方案仍然不能像標(biāo)準(zhǔn)電池那樣儲(chǔ)存那么多的能量。

“未來(lái)，希望即將開(kāi)發(fā)的超級(jí)電容器存儲(chǔ)比鋰電池更多的能量，同時(shí)保持釋放能量的能力提高10倍——這意味著汽車可以完全由超級(jí)電容器供電，”研究報(bào)告的合著者JinzhangLiu說(shuō)。

“一次充滿電后，這款車應(yīng)該能跑500公里(310英里)——類似于汽油動(dòng)力汽車，是電動(dòng)汽車電流極限的兩倍多。”

電動(dòng)汽車制造商也可能對(duì)未來(lái)汽車使用超級(jí)電容器的可能性感興趣。例如，特斯拉已經(jīng)“先行一步”，最近收購(gòu)了一家超級(jí)電容和電池組件制造商Maxwell。