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現(xiàn)在，城市污染氣體的排放中，汽車(chē)已占了70％以上，世界各國(guó)都在尋找汽車(chē)代用燃料。由于石油短缺日益嚴(yán)重人們都漸漸認(rèn)識(shí)到開(kāi)發(fā)新型汽車(chē)的重要性，即在使用石油和其它能源的同時(shí)盡量降低廢氣的排放。 超級(jí)電容器功率密度大，充放電時(shí)間短，大電流充放電特性好，壽命長(zhǎng)，低溫特性?xún)?yōu)于蓄電池，這些優(yōu)異的性能使它在電動(dòng)車(chē)上有很好的應(yīng)用前景。 在城市市區(qū)運(yùn)行的公交車(chē)，其運(yùn)行線(xiàn)路在20公里以?xún)?nèi)，以超級(jí)電容為唯一能源的電動(dòng)汽車(chē)，一次充電續(xù)駛里程可達(dá)20公里以上，在城市公交車(chē)將會(huì)有廣闊的應(yīng)用前景。 電動(dòng)汽車(chē)屬于新能源汽車(chē)，包括純電動(dòng)汽車(chē)，BEV）、混合動(dòng)力電動(dòng)汽車(chē)和燃料電池電動(dòng)汽車(chē)（FuelCellElectricVehicle，F(xiàn)CEV）三種類(lèi)型。它集光、機(jī)、電、化各學(xué)科領(lǐng)域中的最新技術(shù)于一體，是汽車(chē)、電力拖動(dòng)、功率電子、智能控制、化學(xué)電源、計(jì)算機(jī)、新能源和新材料等工程技術(shù)中最新成果的集成產(chǎn)物。電動(dòng)汽車(chē)與傳統(tǒng)汽車(chē)在外形上沒(méi)有什么區(qū)別，它們之間的主要區(qū)別在于動(dòng)力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。 電動(dòng)汽車(chē)采用蓄電池組作儲(chǔ)能動(dòng)力源，給電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)提供電能，驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)，推動(dòng)車(chē)輪前進(jìn)。雖然電動(dòng)汽車(chē)的爬坡度、時(shí)速不及傳統(tǒng)汽車(chē)，但在行駛過(guò)程中不排放污染，熱輻射低，噪音小，不消耗汽油，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用維修方便，是一種新型交通工具，被譽(yù)為“明日之星”，受到世界各國(guó)的青睞。 超級(jí)電容器簡(jiǎn)介 超級(jí)電容器又稱(chēng)為電化學(xué)電容器，是20世紀(jì)年代末出現(xiàn)的一種新產(chǎn)品，電容量高達(dá)法拉級(jí)。以使用的電極材料來(lái)看，目前主要有3種類(lèi)型：高比表面積碳材料超級(jí)電容器、金屬氧化物超級(jí)電容器、導(dǎo)電聚合物超級(jí)電容器。 1、基本原理 根據(jù)電化學(xué)電容器儲(chǔ)存電能的機(jī)理的不同，可以將它分為雙電層電容器，EDLC）和贗電容器（Pesudocapaeitor）。碳基材料超級(jí)電容器能量?jī)?chǔ)存的機(jī)理主要是靠碳表面附近形成的雙電層，因此通常稱(chēng)為雙電層電容；而金屬氧化物和導(dǎo)電聚合物主要靠氧化還原反應(yīng)產(chǎn)生的贗電容。 雙電層電容器的基本原理是利用電極和電解質(zhì)之間形成的界面雙電層來(lái)存儲(chǔ)能量的一種新型電子元件。當(dāng)電極和電解液接觸時(shí)，由于庫(kù)侖力、分子間力或者原子間力的作用，使固液界面出現(xiàn)穩(wěn)定的、符號(hào)相反的兩層電荷，稱(chēng)為界面雙電層。雙電層電容的大小與電極電位和表面積的大小有關(guān)。雙電層電容器電極通常由具有高比表面積的多孑L碳材料組成。碳材料具有優(yōu)良的導(dǎo)熱和導(dǎo)電性能，其密度低，抗化學(xué)腐蝕性能好，熱膨脹系數(shù)小，可以通過(guò)不同方法制得粉末、顆粒、塊狀、纖維、布、氈等多種形態(tài)。 贗電容是在電極表面或者體相的二維或準(zhǔn)二維空間上，電活性物資進(jìn)行欠電位沉積，發(fā)生高度可逆的化學(xué)吸附／脫附或氧化／還原反應(yīng)，產(chǎn)生與電極充電電位有關(guān)的電容。由于贗電容不僅發(fā)生在表面，而且可以深入內(nèi)部，因而可獲得比雙電層電容更高的電容量和能量密度。相同電極面積下，贗電容可以是雙電層電容量的10～100倍。目前贗電容電極材料主要為一些金屬氧化物和導(dǎo)電聚合物。 2、與傳統(tǒng)電容器、電池的區(qū)別 電化學(xué)電容器和電池的運(yùn)行機(jī)理從原理上就不同。對(duì)于雙電層型超級(jí)電容器，電荷存儲(chǔ)是非法拉第過(guò)程，即理想的沒(méi)有發(fā)生通過(guò)電極界面的電子遷移，電荷和能量的存儲(chǔ)是靜電性的。而對(duì)電池而言，實(shí)質(zhì)上發(fā)生了法拉第過(guò)程，即發(fā)生了穿過(guò)雙層的電子遷移，結(jié)果是發(fā)生了氧化態(tài)的變化和電活性材料化學(xué)性質(zhì)的變化。總的來(lái)說(shuō)，電荷存儲(chǔ)過(guò)程有如下重要的區(qū)別： 對(duì)于非法拉第過(guò)程，電荷的聚集靠靜電方式完成，正電荷和負(fù)電荷居于兩個(gè)分開(kāi)的界面上。 中間為真空或分子絕緣體，如雙層、電解電容中的云母膜、空氣層或氧化物膜。 對(duì)于法拉第過(guò)程，電荷的存儲(chǔ)靠電子遷移完成，電活性材料發(fā)生了化學(xué)變化或氧化態(tài)變化，這些變化遵守法拉第定律并與電極電勢(shì)有關(guān)在某種情況下就能產(chǎn)生準(zhǔn)電容。這種能量的存儲(chǔ)是間接的。 在比能量和比功率兩個(gè)性能參數(shù)上超級(jí)電容器位于電池和傳統(tǒng)電容之間，循環(huán)壽命和充放電效率都遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于電池。由于使用壽命長(zhǎng)通常都超過(guò)了使用其設(shè)備的壽命，所以，超級(jí)電容器終身無(wú)需維護(hù)，加之使用完后，對(duì)環(huán)境要求寬松，無(wú)污染，因而又稱(chēng)其為綠色能源。；超級(jí)電容器車(chē)用貯電裝置的優(yōu)點(diǎn)超級(jí)電容器是綠色能源不污染環(huán)境化學(xué)電池對(duì)環(huán)境有2次污染。 循環(huán)使用壽命長(zhǎng)（約l0萬(wàn)次）；化學(xué)電池的循環(huán)使用壽命短（20o～1000次），易損壞。 充電速度快（0.3s～15min）；化學(xué)電池的充電時(shí)間長(zhǎng)，一般要3～l0h……‘充放電效率高（98％）；化學(xué)電池的充放電效率低（70％）。 功率密度高（1OOO～I(xiàn)O000W／Kg）；化學(xué)電池功率密度低（300W／Kg）。 超級(jí)電容器徹底免維護(hù)，工作溫度范圍寬一40～+70～C），容量變化小；鉛酸電池電動(dòng)車(chē)在一℃時(shí)，續(xù)駛里程減少90％，而超級(jí)電容器只減少10％。 超級(jí)電容器電動(dòng)大客車(chē)剎車(chē)再生能量回收效率高，常規(guī)制動(dòng)時(shí)回收高達(dá)70％，化學(xué)電池能量回收效率僅為5％。 相對(duì)成本低。超級(jí)電容器的價(jià)格比鉛酸電池高一倍，但由于超級(jí)電容器的壽命比化學(xué)電池高～100倍，所以超級(jí)電容器電動(dòng)車(chē)的綜合運(yùn)營(yíng)成本大大低于化學(xué)電池。 全球每年通過(guò)公交系統(tǒng)在固定線(xiàn)路上出動(dòng)的運(yùn)輸車(chē)輛約是5000億次，其中人們最普遍使用的運(yùn)輸工具仍是公交車(chē)輛。2000年的銷(xiāo)售量為l8-3萬(wàn)輛，今后5年里，每年銷(xiāo)售達(dá)到22。0萬(wàn)輛。美國(guó)達(dá)4.0萬(wàn)輛。估計(jì)到2010年公交車(chē)輛的擁有量將達(dá)65萬(wàn)輛。這么多車(chē)輛若不進(jìn)行改造，仍然采用柴油或汽油，那需要的油料量將成為沉重的負(fù)擔(dān)，造成的空氣污染也很明顯圈。 據(jù)估計(jì)燃料電池在最近十年內(nèi)還不可能達(dá)到規(guī)模化生產(chǎn)嘲。撇開(kāi)成本昂貴的燃料電池不說(shuō)，我國(guó)已在使用或即將推廣的車(chē)用乙醇汽油、天然氣車(chē)的項(xiàng)目，也擺脫不了高成本的困擾：由于燃料乙醇的生產(chǎn)成本高于汽油，國(guó)家有關(guān)部門(mén)正在制定補(bǔ)貼方寨，以使車(chē)用乙醇汽油的價(jià)格與同號(hào)汽油持平；研究與探討然氣發(fā)動(dòng)機(jī)的價(jià)格比同排量柴油機(jī)成倍增，在全國(guó)率先批量裝備天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)的北京市公交總公司有關(guān)人士承認(rèn)，目前天然氣車(chē)主要滿(mǎn)足長(zhǎng)安街一線(xiàn)的運(yùn)營(yíng)需要。 而超級(jí)電容器正好解決了這一難題，超級(jí)電容器的容量有足夠大，成本很低，對(duì)環(huán)境又無(wú)污染。 大功率的超級(jí)電容器對(duì)于電動(dòng)汽車(chē)的啟動(dòng)、加速和上坡行駛具有極其重要的意義：在汽車(chē)啟動(dòng)和爬坡時(shí)快速提供大功率電流；在汽車(chē)正常行駛時(shí)由蓄電池快速充電；在汽車(chē)剎車(chē)時(shí)快速存儲(chǔ)發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的大電流，這些可以減少電動(dòng)汽車(chē)對(duì)蓄電池大電流充電的限制，大大延長(zhǎng)蓄電池的使用壽命，提高電動(dòng)汽車(chē)的實(shí)用性。鑒于電化學(xué)超級(jí)電容器的重要性，各工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家都給予了高度重視，并成為各國(guó)重點(diǎn)的戰(zhàn)略研究和開(kāi)發(fā)項(xiàng)目。 超級(jí)電容器在微網(wǎng)儲(chǔ)能等領(lǐng)域應(yīng)用上的優(yōu)勢(shì) 1. 超級(jí)電容結(jié)合了鋰電池與鉛酸電池的優(yōu)點(diǎn)，比功率高是其最大優(yōu)勢(shì) 超級(jí)電容器能夠在幾秒內(nèi)迅速充放電，循環(huán)壽命高，比功率高，結(jié)合了鋰電池與鉛酸電池的優(yōu)點(diǎn)。如果說(shuō)電解電容是百米短跑選手，現(xiàn)在流行的鋰電池是長(zhǎng)跑選手，那么超級(jí)電容更像是400-800米中跑選手。 2. 鋰離子電容在微網(wǎng)中的作用大，是目前商業(yè)化應(yīng)用最明朗的一個(gè) LIC電容在微網(wǎng)中的作用主要是改善輸出電流質(zhì)量和支持瞬時(shí)高功率的負(fù)載補(bǔ)償。2010年之后日本將LIC作為發(fā)展方向，目前比能量提高了三倍，到30wh/kg，一直以來(lái)是價(jià)格和成本問(wèn)題制約其發(fā)展。預(yù)計(jì)今年可實(shí)現(xiàn)規(guī)模生產(chǎn)。 3. 未來(lái)40%-50%應(yīng)用是在車(chē)用市場(chǎng) 電動(dòng)或混合動(dòng)力汽車(chē)、以及汽車(chē)節(jié)能(制動(dòng)能量回饋)的應(yīng)用前景廣泛。目前國(guó)內(nèi)主要的應(yīng)用是混合大巴，以及制動(dòng)能量回收和啟動(dòng)加速。在美國(guó)、日本啟停弱混處于大量推廣階段。國(guó)內(nèi)混連、串聯(lián)的增程式電動(dòng)車(chē)也會(huì)應(yīng)用到超級(jí)電容。混連大巴中，去年有1000輛以上應(yīng)用EDLC，由南車(chē)時(shí)代和宇通生產(chǎn)。 4. 目前超級(jí)電容器全球應(yīng)用還處于起步期，國(guó)內(nèi)在趕超 日本美國(guó)最大，中國(guó)與韓國(guó)正在趕超。EDLC產(chǎn)業(yè)分布中上游原材料廠(chǎng)家、單體制造廠(chǎng)家和模組系統(tǒng)廠(chǎng)家大部分在國(guó)外，原材料被國(guó)外壟斷，國(guó)內(nèi)單體制造和模組系統(tǒng)產(chǎn)業(yè)化剛剛開(kāi)始。 5. 影響產(chǎn)業(yè)化的關(guān)鍵因素是成本 成本受核心原材料(活性炭、隔膜、鋁箔、電解液)、工藝過(guò)程(效率、良率、能耗)和設(shè)備影響最大。只有掌握了核心原材料，才能降低成本，另外工藝成本不同能耗也不同。要重視工程化和裝備技術(shù)，否則成本受制約。裝備好的電解電容良率就很高，國(guó)外具備優(yōu)勢(shì)，日本裝備投資1500萬(wàn)以上，韓國(guó)1200萬(wàn)，成本優(yōu)勢(shì)空間大很多。 來(lái)源：綜合報(bào)道 |
