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超級電容器可廣泛應用于汽車行業

來源: 發布時間:2018-7-3 瀏覽量:2775

    近日,清華大學化學工程系教授騫偉中團隊研發的“基于石墨烯—離子液體—鋁基泡沫集流體的高電壓超級電容技術”通過技術鑒定。該項技術實現了超級電容領域的重要突破,實現了超級電容能量密度成倍提高,并且研發出了新型的材料體系,把我國超級電容器技術水平提高到國際前列。中國電力報記者就超級電容器發展應用方向等問題采訪了該項技術主要負責人清華大學化學工程系教授騫偉中,他表示:“未來應該把超級電容器廣泛應用于汽車的啟動、轉向、剎車能量回收等用途中。

    中國電力報:“基于石墨烯—離子液體—鋁基泡沫集流體的高電壓超級電容技術”取得的重大進展主要是指什么?

    騫偉中:該項技術取得的重大進展主要體現于兩方面。一是大幅提高了超級電容器的電壓水平;二是集流體材料打破了國外的技術封鎖,填補了國內空白。  

   超級電容器的功率密度顯著優于鋰電等產品,目前需要提高的主要是能量密度。由于超級電容器的能量密度與電壓成平方關系,因此一直以來,提高電壓是提升超級電容器能量密度的主要方向。

    之前行業內普遍使用的活性炭體系只能緩慢提高超級電容器的電壓,電壓的提高往往只是從2.7伏到2.85伏,再到2.9伏這樣小步前進。而“基于石墨烯—離子液體—鋁基泡沫集流體的高電壓超級電容技術”通過采用新的電解液系統、新的電極材料以及新的集流體材料,能夠直接把超級電容器的電壓提高到4伏,實現超級電容器電壓的一個大跨越,從而成倍提高超級電容的能量密度。

    此外,“基于石墨烯—離子液體—鋁基泡沫集流體的高電壓超級電容技術”中使用的集流體材料是另一重大進展,該材料打破了國外的技術封鎖,填補了國內的空白。

  由于集流體材料具有質量輕、強度高等特性,能用于國防裝備制造,因此國外在這種材料上長期對我國實行技術封鎖,不愿意賣給我國,或者高價售出這種材料。此前,國內超級電容企業曾就此材料與日本尋求合作,但是最終因價格太高而作罷。

    因此,該項技術中使用的集流體如實現在國內生產,得益于國內制造業的強大,這能夠在一定程度上降低集流體材料的成本,也能幫助超級電容企業技術進步。

  中國電力報:該項技術具有怎樣的應用價值和市場潛力?

  騫偉中:該項技術的應用價值和市場潛力主要還是在汽車工業中。汽車行業是一個基數十分巨大的行業,僅我國每年生產的汽車就達幾千萬輛,而超級電容器在汽車的啟動、轉向以及剎車系統能量回收等方面具有很大的應用空間。

    日本提出的路線圖認為,超級電容器應用于汽車內的前提是一方面超級電容的體積要小,另一方面能量密度必須達到20瓦時/升。汽車由于空間有限,因此對超級電容的體積有一定限定。

  日本和美國的路線圖對車用超級電容曾進行過分類,根據汽車不同部件開發不同超級電容產品,即100法拉至300法拉小電容的用途,500法拉至1000法拉電容用途以及1000法拉至4000法拉儲能用途,這些產品的共同點是體積小。

    而此次研發的成果,已經超過了日本路線圖的20瓦時/升能量密度指標。能夠做到很小的體積能量密度達到23瓦時/升。

   中國電力報:您認為超級電容器的應用空間有多大?

  騫偉中:超級電容和鋰電的用途是不一樣的,鋰電主要用于續航,而超級電容由于壽命長、功率密度高,主要用于啟動、轉向、馬達冷啟動。

  目前儲能領域,我們應該樹立一種觀點,即不是技術間誰壓倒誰,而應是相互結合,共同提高儲能的效率。德國曾經提出最理想的電力系統或電源系統結構,應該是既有高的能量密度,也有高的功率密度。因此,超級電容的最終目標不是在能量密度上超越電池,而是電池和超級電容搭配使用。

    除了在汽車行業,在輕軌和地鐵的能量回收、風力發電變槳系統、路燈照明、電梯空載能量回收、以及飛機等重艙窗門的緊急開啟等方面,都可以用到超級電容器。

  中國電力報:技術發展方向是怎樣的?超級電容器成本下降空間有多大?

  騫偉中:在技術方面,未來超級電容器在汽車上應用有一個重要的技術方向是要實

現電解液的清潔化。目前鋰離子電池與超級電容的電解液容易著火且有一定毒性,因此使用時要求安全措施必須到位,在密閉空間中使用更要慎重。而此次研發所用的純離子液體電解液是不會著火的。總的來說,使用高安全性的電極材料與電解液是電化學儲能需要持續努力的方向。

    在價格方面,超級電容的降價速度還是比較快的。五年內3000法拉超級電容器價格約降低了80%,并實現五倍的市場增長。下一階段,超級電容器成本的下降主要還是需要依靠規模生產,才能實現產品人力等成本降至最低。

  另外一方面,也需要政府部門給予超級電容器更多的政策扶持。鋰電作為一個擁有萬億市場的產業,其能量密度每年增長約6%,而超級電容可以實現幾倍增長,作為一個細分行業,超級電容更需要政府部門的相關政策支持。

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