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現在，城市污染氣體的排放中，汽車已占了70％以上，世界各國都在尋找汽車代用燃料。由于石油短缺日益嚴重人們都漸漸認識到開發新型汽車的重要性，即在使用石油和其它能源的同時盡量降低廢氣的排放。 超級電容器功率密度大，充放電時間短，大電流充放電特性好，壽命長，低溫特性優于蓄電池，這些優異的性能使它在電動車上有很好的應用前景。 在城市市區運行的公交車，其運行線路在20公里以內，以超級電容為唯一能源的電動汽車，一次充電續駛里程可達20公里以上，在城市公交車將會有廣闊的應用前景。 電動汽車屬于新能源汽車，包括純電動汽車，BEV）、混合動力電動汽車和燃料電池電動汽車（FuelCellElectricVehicle，FCEV）三種類型。它集光、機、電、化各學科領域中的最新技術于一體，是汽車、電力拖動、功率電子、智能控制、化學電源、計算機、新能源和新材料等工程技術中最新成果的集成產物。電動汽車與傳統汽車在外形上沒有什么區別，它們之間的主要區別在于動力驅動系統。 電動汽車采用蓄電池組作儲能動力源，給電機驅動系統提供電能，驅動電動機，推動車輪前進。雖然電動汽車的爬坡度、時速不及傳統汽車，但在行駛過程中不排放污染，熱輻射低，噪音小，不消耗汽油，結構簡單，使用維修方便，是一種新型交通工具，被譽為“明日之星”，受到世界各國的青睞。 超級電容器簡介 超級電容器又稱為電化學電容器，是20世紀年代末出現的一種新產品，電容量高達法拉級。以使用的電極材料來看，目前主要有3種類型：高比表面積碳材料超級電容器、金屬氧化物超級電容器、導電聚合物超級電容器。 1、基本原理 根據電化學電容器儲存電能的機理的不同，可以將它分為雙電層電容器，EDLC）和贗電容器（Pesudocapaeitor）。碳基材料超級電容器能量儲存的機理主要是靠碳表面附近形成的雙電層，因此通常稱為雙電層電容；而金屬氧化物和導電聚合物主要靠氧化還原反應產生的贗電容。 雙電層電容器的基本原理是利用電極和電解質之間形成的界面雙電層來存儲能量的一種新型電子元件。當電極和電解液接觸時，由于庫侖力、分子間力或者原子間力的作用，使固液界面出現穩定的、符號相反的兩層電荷，稱為界面雙電層。雙電層電容的大小與電極電位和表面積的大小有關。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。碳材料具有優良的導熱和導電性能，其密度低，抗化學腐蝕性能好，熱膨脹系數小，可以通過不同方法制得粉末、顆粒、塊狀、纖維、布、氈等多種形態。 贗電容是在電極表面或者體相的二維或準二維空間上，電活性物資進行欠電位沉積，發生高度可逆的化學吸附／脫附或氧化／還原反應，產生與電極充電電位有關的電容。由于贗電容不僅發生在表面，而且可以深入內部，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電聚合物。 2、與傳統電容器、電池的區別 電化學電容器和電池的運行機理從原理上就不同。對于雙電層型超級電容器，電荷存儲是非法拉第過程，即理想的沒有發生通過電極界面的電子遷移，電荷和能量的存儲是靜電性的。而對電池而言，實質上發生了法拉第過程，即發生了穿過雙層的電子遷移，結果是發生了氧化態的變化和電活性材料化學性質的變化。總的來說，電荷存儲過程有如下重要的區別： 對于非法拉第過程，電荷的聚集靠靜電方式完成，正電荷和負電荷居于兩個分開的界面上。 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。 對于法拉第過程，電荷的存儲靠電子遷移完成，電活性材料發生了化學變化或氧化態變化，這些變化遵守法拉第定律并與電極電勢有關在某種情況下就能產生準電容。這種能量的存儲是間接的。 在比能量和比功率兩個性能參數上超級電容器位于電池和傳統電容之間，循環壽命和充放電效率都遠遠高于電池。由于使用壽命長通常都超過了使用其設備的壽命，所以，超級電容器終身無需維護，加之使用完后，對環境要求寬松，無污染，因而又稱其為綠色能源。；超級電容器車用貯電裝置的優點超級電容器是綠色能源不污染環境化學電池對環境有2次污染。 循環使用壽命長（約l0萬次）；化學電池的循環使用壽命短（20o～1000次），易損壞。 充電速度快（0.3s～15min）；化學電池的充電時間長，一般要3～l0h……‘充放電效率高（98％）；化學電池的充放電效率低（70％）。 功率密度高（1OOO～IO000W／Kg）；化學電池功率密度低（300W／Kg）。 超級電容器徹底免維護，工作溫度范圍寬一40～+70～C），容量變化小；鉛酸電池電動車在一℃時，續駛里程減少90％，而超級電容器只減少10％。 超級電容器電動大客車剎車再生能量回收效率高，常規制動時回收高達70％，化學電池能量回收效率僅為5％。 相對成本低。超級電容器的價格比鉛酸電池高一倍，但由于超級電容器的壽命比化學電池高～100倍，所以超級電容器電動車的綜合運營成本大大低于化學電池。 全球每年通過公交系統在固定線路上出動的運輸車輛約是5000億次，其中人們最普遍使用的運輸工具仍是公交車輛。2000年的銷售量為l8-3萬輛，今后5年里，每年銷售達到22。0萬輛。美國達4.0萬輛。估計到2010年公交車輛的擁有量將達65萬輛。這么多車輛若不進行改造，仍然采用柴油或汽油，那需要的油料量將成為沉重的負擔，造成的空氣污染也很明顯圈。 據估計燃料電池在最近十年內還不可能達到規模化生產嘲。撇開成本昂貴的燃料電池不說，我國已在使用或即將推廣的車用乙醇汽油、天然氣車的項目，也擺脫不了高成本的困擾：由于燃料乙醇的生產成本高于汽油，國家有關部門正在制定補貼方寨，以使車用乙醇汽油的價格與同號汽油持平；研究與探討然氣發動機的價格比同排量柴油機成倍增，在全國率先批量裝備天然氣發動機的北京市公交總公司有關人士承認，目前天然氣車主要滿足長安街一線的運營需要。 而超級電容器正好解決了這一難題，超級電容器的容量有足夠大，成本很低，對環境又無污染。 大功率的超級電容器對于電動汽車的啟動、加速和上坡行駛具有極其重要的意義：在汽車啟動和爬坡時快速提供大功率電流；在汽車正常行駛時由蓄電池快速充電；在汽車剎車時快速存儲發電機產生的大電流，這些可以減少電動汽車對蓄電池大電流充電的限制，大大延長蓄電池的使用壽命，提高電動汽車的實用性。鑒于電化學超級電容器的重要性，各工業發達國家都給予了高度重視，并成為各國重點的戰略研究和開發項目。 超級電容器在微網儲能等領域應用上的優勢 1. 超級電容結合了鋰電池與鉛酸電池的優點，比功率高是其最大優勢 超級電容器能夠在幾秒內迅速充放電，循環壽命高，比功率高，結合了鋰電池與鉛酸電池的優點。如果說電解電容是百米短跑選手，現在流行的鋰電池是長跑選手，那么超級電容更像是400-800米中跑選手。 2. 鋰離子電容在微網中的作用大，是目前商業化應用最明朗的一個 LIC電容在微網中的作用主要是改善輸出電流質量和支持瞬時高功率的負載補償。2010年之后日本將LIC作為發展方向，目前比能量提高了三倍，到30wh/kg，一直以來是價格和成本問題制約其發展。預計今年可實現規模生產。 3. 未來40%-50%應用是在車用市場 電動或混合動力汽車、以及汽車節能(制動能量回饋)的應用前景廣泛。目前國內主要的應用是混合大巴，以及制動能量回收和啟動加速。在美國、日本啟停弱混處于大量推廣階段。國內混連、串聯的增程式電動車也會應用到超級電容。混連大巴中，去年有1000輛以上應用EDLC，由南車時代和宇通生產。 4. 目前超級電容器全球應用還處于起步期，國內在趕超 日本美國最大，中國與韓國正在趕超。EDLC產業分布中上游原材料廠家、單體制造廠家和模組系統廠家大部分在國外，原材料被國外壟斷，國內單體制造和模組系統產業化剛剛開始。 5. 影響產業化的關鍵因素是成本 成本受核心原材料(活性炭、隔膜、鋁箔、電解液)、工藝過程(效率、良率、能耗)和設備影響最大。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，否則成本受制約。裝備好的電解電容良率就很高，國外具備優勢，日本裝備投資1500萬以上，韓國1200萬，成本優勢空間大很多。 來源：綜合報道 |
