電動車車主一直深受續(xu)航里程(cheng)的(de)困擾，每次節假日都會有(you)抱怨聲(sheng)響起(qi)。先(xian)看續(xu)航里程(cheng)憂慮的(de)根源所(suo)在(zai)：

傳統汽車用的(de)汽油(you)能(neng)(neng)(neng)量(liang)(liang)(liang)密(mi)度均(jun)值(zhi)是(shi)13000 Wh/kg。現(xian)在主流鋰電(dian)池(chi)(chi)的(de)能(neng)(neng)(neng)量(liang)(liang)(liang)密(mi)度在200-300Wh/kg，即(ji)使按(an)最高300算，也(ye)跟汽油(you)差得(de)不(bu)是(shi)一星(xing)半點。不(bu)要慌，這(zhe)里(li)面(mian)還有(you)(you)一個能(neng)(neng)(neng)量(liang)(liang)(liang)轉換效率問題。數據顯示(shi)，純電(dian)動車的(de)能(neng)(neng)(neng)量(liang)(liang)(liang)轉換效率均(jun)值(zhi)是(shi)86%，而(er)內(nei)燃機車只有(you)(you)30%。也(ye)就是(shi)說鋰電(dian)池(chi)(chi)超過八成能(neng)(neng)(neng)量(liang)(liang)(liang)都轉化為動力，汽油(you)則做了大量(liang)(liang)(liang)“無用功(gong)”。這(zhe)么折(zhe)算下來，傳統汽車可用的(de)能(neng)(neng)(neng)量(liang)(liang)(liang)密(mi)度比鋰電(dian)池(chi)(chi)高15倍。

但(dan)是鋰電(dian)(dian)池要(yao)提高能(neng)(neng)(neng)量密(mi)度到(dao)(dao)15倍，是“不(bu)可能(neng)(neng)(neng)的任務”。雖然(ran)實(shi)驗室里曾經將能(neng)(neng)(neng)量密(mi)度提高到(dao)(dao)10倍，但(dan)電(dian)(dian)池充放電(dian)(dian)幾(ji)十次(ci)就報銷(xiao)了。

那么有可能有沒有將(jiang)能量密(mi)度提(ti)高(gao)到(dao)適中的程(cheng)度，還能保持理想的充(chong)放電次數(shu)？

超級電容了解一下

電容是最(zui)基本(ben)的(de)電子元器(qi)件之一(yi)，簡單來(lai)說兩(liang)層金屬(shu)箔(bo)(bo)片(pian)夾著一(yi)層絕緣片(pian)，外面再(zai)加上一(yi)層保(bao)護(hu)殼。這兩(liang)個箔(bo)(bo)片(pian)之間就是儲存電能的(de)空間。電容是作為瞬(shun)間供電使(shi)用，所以存儲的(de)電能也不多，能量密(mi)度和電池比，差得就太遠了。

但是電容有(you)一個(ge)電池不(bu)具備的優點：充放電壽命(ming)超(chao)長，10 萬(wan)次毫無壓力，甚至(zhi)充放電幾十萬(wan)次，性能(neng)衰減都很小。所以(yi)它的壽命(ming)基本和產品本身相(xiang)始終。

之所以會具有這么優良的充放電(dian)(dian)壽命，是(shi)(shi)因為電(dian)(dian)容儲能(neng)是(shi)(shi)基(ji)于物理原理，不(bu)產生(sheng)化(hua)學反應。可以這么想象：電(dian)(dian)容充電(dian)(dian)時是(shi)(shi)將電(dian)(dian)能(neng)一(yi)股腦直接倒入電(dian)(dian)容器，放電(dian)(dian)時又(you)一(yi)股腦倒了出去；而(er)鋰電(dian)(dian)池(chi)充電(dian)(dian)時是(shi)(shi)將電(dian)(dian)能(neng)先(xian)轉(zhuan)化(hua)為化(hua)學能(neng)，放電(dian)(dian)時是(shi)(shi)將化(hua)學能(neng)轉(zhuan)化(hua)為電(dian)(dian)能(neng)。

既然有(you)這(zhe)樣的優勢(shi)，就(jiu)不放擴大其(qi)電(dian)能(neng)儲(chu)存量(liang)(liang)。這(zhe)就(jiu)是超級電(dian)容。即將電(dian)容器(qi)做成(cheng)一個儲(chu)存器(qi)，而不僅僅瞬間供電(dian)。但面臨(lin)的最大難關就(jiu)是如何提升(sheng)超級電(dian)容能(neng)量(liang)(liang)密度(du)。

上世紀90年(nian)代，美(mei)國超(chao)級(ji)電容器生產商EEStor用(yong)好幾年(nian)的時間將大(da)量財力物力投向提高超(chao)級(ji)電容能量密度。當時EEStor爭取到了巨(ju)額(e)的研發資金，還與(yu)電動汽車電機提供商ZENN公司達成(cheng)了戰略(lve)合作。然而，數年(nian)研發后，多名(ming)參與(yu)此項(xiang)研究的科學(xue)家(jia)最后得出(chu)了令人遺憾的結論：我們很想打破超(chao)級(ji)電容器的市場僵局，但現有技術無法實現這一(yi)目標。EEStor以失(shi)敗(bai)告終。

它的(de)(de)失敗也使得很多資本對超(chao)級電容器(qi)的(de)(de)研發(fa)持觀望態度，二(er)十年(nian)來，超(chao)級電容器(qi)的(de)(de)技(ji)術進(jin)展(zhan)并不(bu)是很快。盡管(guan)超(chao)級電容器(qi)的(de)(de)制作成本每年(nian)都在以(yi)低于(yu)10%的(de)(de)比例減少，但這項技(ji)術目前(qian)還(huan)有太(tai)大的(de)(de)進(jin)步空(kong)間(jian)。

超級(ji)電(dian)容(rong)提升能量(liang)密(mi)度后可以做電(dian)動(dong)汽車動(dong)力(li)源，我國早就開始利用這一技(ji)術。2010年上海(hai)世博(bo)會中(zhong)(zhong)曾經(jing)展示了36輛超級(ji)電(dian)容(rong)公交車，這些公交車已經(jing)穩定運營(ying)了較長時間，直到現在還在正常運營(ying)中(zhong)(zhong)。

上海(hai)的超(chao)級電容公交車(che)充電7分鐘可(ke)以跑40公里

但這(zhe)種技術并(bing)沒有普及到(dao)其(qi)他(ta)路(lu)線和其(qi)他(ta)城市。這(zhe)還(huan)是因為能(neng)量密度低導(dao)致的“續(xu)航里(li)(li)程”問(wen)題。雖然(ran)充電(dian)時間大大縮短，充電(dian)一(yi)次(ci)只需幾(ji)分鐘，但只能(neng)維持(chi)大約 40 公里(li)(li)的路(lu)程。在最初使用中(zhong)，公交(jiao)車甚至每停一(yi)站就需要充一(yi)次(ci)電(dian)。

有續航憂慮，是因為這些超級電(dian)容(rong)的能量密度甚(shen)至(zhi)還(huan)不如鋰電(dian)池(chi)，最根本的原(yuan)因是，超級電(dian)容(rong)里的碳(tan)系材(cai)料的介電(dian)常(chang)數依然不夠(gou)高。

全世界(jie)都在(zai)尋找介(jie)電常數更高(gao)的(de)材料(liao)，也就是那(nei)一層(ceng)絕(jue)緣片(pian)的(de)合(he)適材料(liao)。那(nei)一層(ceng)絕(jue)緣片(pian)的(de)介(jie)電常數越(yue)高(gao)、越(yue)薄、本身耐壓越(yue)高(gao)，那(nei)么電容的(de)容量就可(ke)以越(yue)大，也就是能量密度就越(yue)高(gao)。

中國的技術努力

近期，有報道稱(cheng)，某頭部國(guo)有汽車集(ji)團的(de)研究室在2020年發(fa)現了一(yi)種(zhong)全新(xin)的(de)陶瓷材料(liao)——鈦酸銣功(gong)能陶瓷。這種(zhong)材料(liao)和其他任何(he)人類已知材料(liao)比起來(lai)，介電常數高的(de)讓人不敢相信！

報道(dao)稱，中國(guo)的(de)(de)這個研發團隊開發出來的(de)(de)這種陶瓷片的(de)(de)介(jie)電常數比起(qi)全(quan)世界其他團隊高了(le)十幾萬倍，而且他們用這種全(quan)新的(de)(de)材(cai)料造(zao)出了(le)超(chao)級電容。

這一超級電(dian)容(rong)有如下優勢：

1）能(neng)量密度是普通(tong)鋰電池(chi)的 5~10 倍；

2）充電(dian)速度快(kuai)，由于不經過電(dian)能(neng)(neng)/化學能(neng)(neng)的轉(zhuan)化損耗(hao)，電(dian)能(neng)(neng)利用率(lv)高達 95%；

3） 循環使(shi)用(yong)壽(shou)(shou)命長，10~50 萬次的充電(dian)循環，使(shi)用(yong)壽(shou)(shou)命≥ 10 年(nian)；

4） 安(an)全系數高，不存在易燃易爆(bao)物質；

5） 綠色環(huan)保，無(wu)污染；

6） 超低溫特性好，溫度(du)范圍寬(kuan) -50 ℃～+170 ℃。

能(neng)(neng)(neng)(neng)量(liang)密(mi)度能(neng)(neng)(neng)(neng)達到普通鋰(li)電(dian)池(chi)的(de)5到10倍，那就(jiu)是(shi)說不僅(jin)是(shi)充電(dian)快，一次充電(dian)起碼能(neng)(neng)(neng)(neng)跑2500到5000 公里，續(xu)航里程的(de)煩惱(nao)一掃而空(kong)。而且(qie)它的(de)作用還不止于(yu)做(zuo)動(dong)力電(dian)池(chi)，這(zhe)么強大(da)的(de)能(neng)(neng)(neng)(neng)量(liang)密(mi)度，這(zhe)么高的(de)“耐(nai)壓(ya)度”，做(zuo)“緩沖儲能(neng)(neng)(neng)(neng)站”也是(shi)很(hen)合(he)適的(de)，可以(yi)順利解決電(dian)網瞬間承受問(wen)題。

當然，很多(duo)好(hao)東西是(shi)在實(shi)驗室挺好(hao)使，實(shi)際量產就有麻煩(fan)。但(dan)是(shi)這家公司(si)已經表示，這種(zhong)黑科技有望在“十四五”期(qi)間實(shi)現產業化應用，可(ke)適用于電動汽(qi)車、可(ke)穿(chuan)戴電子、高(gao)能武器(qi)系統(tong)等領域。

今年8月24日，中科院重(zhong)慶(qing)(qing)綠色智能技術研究(jiu)(jiu)院研究(jiu)(jiu)員、博(bo)士生導師、重(zhong)慶(qing)(qing)中科超容科技有(you)限公司董事長劉雙翼在接受媒體采訪時(shi)介紹(shao)說，其研究(jiu)(jiu)的超級電(dian)容在高效能量收集、存儲(chu)等核心領域(yu)取得重(zhong)大技術突破。

劉雙翼(yi)介紹說：“很多用(yong)(yong)(yong)(yong)電器件(jian)，比(bi)如(ru)汽車或者(zhe)重型卡車，如(ru)果(guo)它(ta)有電機，制(zhi)動(dong)時(shi)會產生(sheng)很大(da)的(de)逆向電流(liu)(liu)，如(ru)果(guo)不利用(yong)(yong)(yong)(yong)回(hui)收就(jiu)浪(lang)費了。”“如(ru)果(guo)把這(zhe)部(bu)分(fen)電流(liu)(liu)回(hui)收到(dao)存儲(chu)器件(jian)里面(mian)儲(chu)起來(lai)，下(xia)次(ci)再用(yong)(yong)(yong)(yong)，會更加(jia)節能、增加(jia)電效率(lv)。如(ru)果(guo)電流(liu)(liu)特別大(da)，就(jiu)需(xu)要(yao)(yao)功率(lv)特別好的(de)儲(chu)能器件(jian)來(lai)回(hui)收，電容(rong)器就(jiu)發揮了作用(yong)(yong)(yong)(yong)。另一方(fang)面(mian)，如(ru)果(guo)短期內需(xu)要(yao)(yao)大(da)功率(lv)輸出，比(bi)如(ru)重型機械(xie)啟動(dong)，這(zhe)時(shi)也需(xu)要(yao)(yao)用(yong)(yong)(yong)(yong)到(dao)電容(rong)器。”

從這一報道看，劉(liu)雙翼的(de)(de)超級電容(rong)器(qi)技術突出的(de)(de)是電機的(de)(de)制動時的(de)(de)逆向電流由超級電容(rong)器(qi)儲(chu)存后，在啟動時釋放。

國內的生產企業有哪些

雖然整體(ti)來(lai)說研發速度并不快(kuai)，但這一(yi)技術方向依舊吸引了(le)很多企業，尤(you)其是儲能成為大氣候之后，已經有(you)越來(lai)越多的企業介入超(chao)級(ji)電(dian)容的研發和(he)生產。目前，超(chao)級(ji)電(dian)容概念龍(long)頭(tou)上市(shi)公司(si)有(you)如下(xia)：

法(fa)拉電(dian)子：廈(sha)門法(fa)拉電(dian)子股份有限公司是一家專業從事(shi)薄膜電(dian)容器和(he)薄膜電(dian)容器用(yong)金屬(shu)化(hua)膜制造與(yu)研發的上市(shi)公司。

美(mei)錦(jin)能(neng)源(yuan)：美(mei)錦(jin)能(neng)源(yuan)是超(chao)級(ji)電容器制造“元老”。在2019年，美(mei)錦(jin)能(neng)源(yuan)推出(chu)了“超(chao)級(ji)電容炭”這(zhe)一研(yan)究成(cheng)果，并已經進(jin)入批量生產。

長安(an)(an)汽車：公(gong)司(si)與中(zhong)國(guo)科(ke)學院山西煤(mei)炭化(hua)學研究(jiu)所合作研制開發(fa)的(de)“超級電(dian)(dian)容(rong)器(qi)電(dian)(dian)極材料中(zhong)試(shi)(shi)技術”暨電(dian)(dian)容(rong)炭的(de)研制開發(fa)項(xiang)目(mu)取得重大進展，已完(wan)成中(zhong)試(shi)(shi)線(xian)的(de)安(an)(an)裝(zhuang)調試(shi)(shi)，成功制備了高品質(zhi)電(dian)(dian)容(rong)炭，項(xiang)目(mu)建成后有望實現電(dian)(dian)容(rong)炭的(de)進口(kou)替代。

ST金剛：2020年(nian)2月(yue)21日公(gong)司在(zai)互動平(ping)臺表(biao)示，公(gong)司已(yi)獲“一種雙電(dian)層超級電(dian)容器的制(zhi)備方法”的專(zhuan)利，專(zhuan)利號為(wei)200910309908X。

紐扣型超級電容

從超級電(dian)容材料生產(chan)企業來看，還有如下公司(si)：

元力股份(fen)、江海股份(fen)、銅峰電(dian)子、振華(hua)科技(ji)、安凱(kai)客車(che)、東方鉭業、凱(kai)恩股份(fen)、思源電(dian)氣、江蘇國泰等(deng)。這(zhe)些公(gong)司都在深度布局超級(ji)電(dian)容(rong)，客戶遍布工業、新能源、儲能等(deng)各個領域(yu)。

超級電容(rong)就其(qi)性質來說，更適合(he)應用在城(cheng)市公交車輛(liang)上，以及機(ji)場(chang)的擺(bai)渡車、飛(fei)機(ji)的牽(qian)引車、大(da)(da)型物流(liu)場(chang)站和(he)港(gang)口的集裝箱運(yun)輸(shu)和(he)大(da)(da)的物流(liu)系統站內(nei)到短運(yun)輸(shu)車輛(liang)等(deng)這些(xie)領域。不過我國超級電容(rong)目前(qian)已經到了擴大(da)(da)應用范圍，并進行產業(ye)化的階段(duan)。

我國超級(ji)(ji)電(dian)(dian)容(rong)(rong)器(qi)產業市場規(gui)模(mo)由2011年(nian)的13.9億(yi)(yi)(yi)元(yuan)(yuan)(yuan)增長(chang)至2020年(nian)的約(yue)154.9億(yi)(yi)(yi)元(yuan)(yuan)(yuan)，年(nian)均復(fu)合增長(chang)率(lv)超過30.72％。未(wei)來受新能源電(dian)(dian)網、軌道交通(tong)、消費電(dian)(dian)子等下游應用領域快速(su)增長(chang)帶動，預計2022年(nian)中國超級(ji)(ji)電(dian)(dian)容(rong)(rong)器(qi)市場規(gui)模(mo)有望達到200億(yi)(yi)(yi)元(yuan)(yuan)(yuan)。