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超級電容器的“春天”愈來愈近

時間:2016-04-21 10:28來源:《電氣技術(shù)》作者:西顧

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作為一種新型的儲能器件，超級電容器具有“使用壽命長、環(huán)境適應(yīng)力強、高充放電效率、高能量密度”四大顯著特點，可以廣泛應(yīng)用于輔助峰值功率、備用電源、存儲再生能量、替代電源等不同的應(yīng)用場景，在工業(yè)控制、風光發(fā)電、交通工具、智能三表、電動工具、軍工等領(lǐng)域具有非常廣闊的發(fā)展前景，已成為許多國家和地區(qū)研究的熱點課題之一。

　　國外研究超級電容器起步較早，技術(shù)相對成熟。日、美、歐洲等均把超級電容器項目作為國家級的重點研究和開發(fā)項目，提出了近期和中長期發(fā)展計劃。美國的USMSC計劃、日本的NewSunshine計劃和歐洲的PNGU計劃均將超級電容器列入開發(fā)內(nèi)容。

　　我國將“超級電容器關(guān)鍵材料的研究和制備技術(shù)”列入《國家中長期科學(xué)和技術(shù)發(fā)展綱要(2006-2020年)》，作為能源領(lǐng)域中的前沿技術(shù)之一。“十二五”期間，在低碳、節(jié)能、環(huán)保政策的驅(qū)動下，我國大容量(100F以上，甚至達到20萬F)和更高功率(如8~10kW/kg)的超級電容器市場正在踏上一條高速發(fā)展的軌道。

　　根據(jù)外媒的研究報告顯示，2014年全球超級電容器市場收益達到38億美元，預(yù)計未來五年的年復(fù)合增長率有望達到21.3%。其中，我國市場的超級電容器需求達到全球市場的12.1%。而一旦新能源汽車等應(yīng)用打開，市場更將迎來快速的增長。

　　超級電容器能幫助汽車、軌道交通以及可再生能源發(fā)電等領(lǐng)域更好地實現(xiàn)節(jié)能與減排，可預(yù)見其未來市場將十分巨大。其中，用于裝配在啟停系統(tǒng)車輛的超級電容器預(yù)計到2020年全球市場將超過3.5億美元。

2015年3月，我國交通部發(fā)布《關(guān)于加快推進新能源汽車在交通運輸行業(yè)推廣應(yīng)用的實施意見》，提出重點推廣應(yīng)用插電式(含增程式)混合動力汽車、純電動汽車，研究推廣應(yīng)用儲能式超級電容汽車等其他新能源汽車，到2020年我國新能源城市公交車將達到20萬輛。根據(jù)“十三五”規(guī)劃，五年內(nèi)全國新能源汽車累計產(chǎn)銷量達到500萬輛，并鼓勵城市公交和出租汽車使用新能源汽車，大力發(fā)展純電動汽車和插電式混合動力汽車。

　　作為典型的資本密集型產(chǎn)業(yè)，超級電容器的關(guān)鍵技術(shù)仍需行業(yè)內(nèi)人士的不斷創(chuàng)新與突破。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。縱觀雙電層電容器對多孔電容炭材料性能有“六高”，即高比表面、高中孔率、高電導(dǎo)率、高堆積比重、高純度、高性價比。這些指標間彼此相互矛盾、極難兼顧，必須精心調(diào)節(jié)優(yōu)化，而在超級電容器的成本中，作為精細化工產(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，沸點很低易燃燒，電動車使用超級電容器中出現(xiàn)過燃燒等安全事故。日本等一些發(fā)達國家已禁止乙腈體系超級電容器用于電動車。目前，國內(nèi)外正在加緊開發(fā)如GBL、EA、PC等新型溶劑。

　　最后，超級電容器單體低內(nèi)阻電極工藝與裝配技術(shù)作為超級電容器核心技術(shù)之一，與其使用預(yù)制厚極片貼在涂炭鋁箔上的工藝相比，國產(chǎn)超級電容器多采用類似鋰離子電池的直接涂炭方法其實通用性更強，如果技術(shù)攻關(guān)取得突破，隨著產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)，我國有望這在方面實現(xiàn)超越。

　　在不斷提高性能等關(guān)鍵技術(shù)的同時，國內(nèi)生產(chǎn)企業(yè)還在積極擴大生產(chǎn)規(guī)模以達到較佳的規(guī)模效益，降低使用成本，以及深入了解不同行業(yè)的應(yīng)用需求，并研究開發(fā)出有針對性的技術(shù)解決方案等。相信在新能源汽車、太陽能、風電、軌道交通等巨大市場需求的內(nèi)驅(qū)動下，超級電容器核心技術(shù)的突破與成本的降低將逐步實現(xiàn)，超級電容器的“春天”也將愈來愈近。

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