超級電容非常棒。但它們能否在未來的電動汽車中替代電池呢？

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

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

什么是超級電容？

超級電容器，又稱電化學(xué)電容器，是近年來越來越流行的一種儲能系統(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，超級電容器也具有由電解質(zhì)隔開的正極和負(fù)極。但是，與電池不同的是，超級電容器像電容器一樣以靜電的方式儲存能量，而不是像電池那樣以化學(xué)的方式儲存能量。

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

與電池相比，超級電容器確實比同樣大小的電池存儲的能量要少。但是，他們能夠更快地釋放它，因為放電不依賴于發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)。

它們的另一個好處是，它們可以多次充電而很少衰減(超過100萬次的充放電循環(huán)很常見)。這是因為當(dāng)電荷存儲在它們內(nèi)部時，不會發(fā)生物理或化學(xué)變化。

超級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)。

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

超級電容器能代替電池嗎？

這個問題的答案在很大程度上取決于它們的應(yīng)用場合。兩者都有各自的優(yōu)點和缺點。如前所述，電池的能量密度比超級電容高得多。

這意味著它們更適合于能量密度更高的應(yīng)用場合，并允許設(shè)備運行更長時間。超級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。

超級電容器的壽命比電池長得多。一般的電池可以維持2000-3000次的完全充放電循環(huán)，而超級電容通常可以維持100萬次以上。

超級電容器更安全，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，超級電容器有更大的工作范圍。它們在這一領(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，許多超級電容器的保質(zhì)期也要長得多。比如SkelCap工業(yè)超級電容器，可以一次儲存長達(dá)15年，容量幾乎沒有下降。

與任何技術(shù)一樣，使用它們的主要驅(qū)動力是成本效益。對于需要短脈沖能量的應(yīng)用，從長期來看，超級電容器是更經(jīng)濟(jì)的選擇。

然而，對于需要長時間持續(xù)低電流的應(yīng)用，電池是一個更好的選擇。

超級電容器能否在未來的電動汽車中取代電池？

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

事實上，這正是豐田對雅力士混合動力Hybrid-R概念車所做的事。它使用超級電容器就是為了這個目的。

標(biāo)致雪鐵龍也開始使用超級電容器，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)也使用超級電容在減速過程中存儲能量。儲存的能量用于發(fā)動機(jī)的啟停系統(tǒng)。

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

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

然而，根據(jù)這項研究，當(dāng)“電力需求小于電動機(jī)的功率容量時，它們可以在混合動力汽車中代替電池；當(dāng)車輛動力需求超過電機(jī)動力需求時，發(fā)動機(jī)運行滿足車輛動力需求，并為超級電容器單元提供充電動力。

最近對石墨烯超級電容器的研究可能意味著電動車電池的時代可能很快就會結(jié)束。這項研究由萊斯大學(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，能在短時間內(nèi)釋放大量的能量。

但這是有限制的，它畢竟是一個超級電容。這項研究的不同之處在于，他們建議在未來的電動汽車中，可以用大量的超級電容器來替代電池，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)動的電動汽車輕得多。

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

“未來，希望即將開發(fā)的超級電容器存儲比鋰電池更多的能量，同時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電容器供電，”研究報告的合著者JinzhangLiu說。

“一次充滿電后，這款車應(yīng)該能跑500公里(310英里)——類似于汽油動力汽車，是電動汽車電流極限的兩倍多?！?br/>
電動汽車制造商也可能對未來汽車使用超級電容器的可能性感興趣。例如，特斯拉已經(jīng)“先行一步”，最近收購了一家超級電容和電池組件制造商Maxwell。