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当超级电容器遇上石墨烯 会擦出什么火花?

导读: 超级电容器是高效实用的储能元件,而石墨稀作为电极材料,其各方面性能都较传统的活性炭要优越。

超级电容器是高效实用的储能元件,而石墨稀作为电极材料,其各方面性能都较传统的活性炭要优越。人们熟知干电池、锂离子电池,却可能对电容器不甚了解。其实这些储能器件都是由正负极(阴阳极)、隔膜、集流体、电解液与外壳等几大部分构成 ,更换其中的电极材料,电池则变成电容器。

电容器与超级电容器

由于具有不同的正负极材料,导致锂离子电池与电容器的性能差异极大。例如,基于正极材料为磷酸铁锂的锂离子电池,其能量密度比目前市面上最好的超级电容器的能量密度高出20多倍。而超级电容器的功率密度可以是锂离子电池的30~100倍。如果以跑步选手做比喻,超级电容器是爆发能力超强的百米运动员,锂离子电池则是耐力出众的马拉松选手。

电容器与超级电容器的区别,主要有以下几个方面:

首先,电容器种类不同导致的储电量不同。最小的电容器仅能储存几微伏电量,专用于电子控制器,例如老式收音机里就有许多电容器,用来调节电路功能。而一个560毫升饮料瓶体积大小的超级电容器,则可以储存3000~6000法电量。

其次,超级电容器能瞬间提供较大电流。重型机械启动的初始电流是正常运行时的3~6倍,而一般的供电系统没有这么大的设置裕度。使用超级电容器可极大简化启动系统的配置,节省成本。因此,超级电容器构成模块,可用于启动风力发电机中的桨叶;辅助吊车与大型卡车、轻轨车等的启动。

此外,超级电容器还能够可逆充放电50万至100万次,而最先进的锂离子电池也很难超过1万次(大多在3000次),更不要说普通家用轿车上的电瓶(铅酸电池)仅能可逆充电300余次。所以,超级电容器常被用于充当飞机舱门的备用电源,一旦飞机遇到事故断电时,长期不用、但随时待命的超级电容器便能发挥关键作用。也正是由于这种超长的使用寿命,出现了以下两种有意思的情形。

(1)尽管目前以每瓦时的储电成本来看,超级电容器远不及锂离子电池,但是在两者的全生命周期里,超级电容器能够储存的电量却远大于锂离子电池。

(2)由于超级电容器可循环工作50万~100万次,而配备了超级电容器的机动车本身都没有其寿命长(机动车一般15年左右报废)。所以机动车报废时,可以把性能良好的超级电容器拆下,在别处实现可循环利用。超级电容器这种超长寿命的特点或许也解释了为什么目前其市场开拓远不如锂离子电池。

中国发展超级电容器的机遇

福建不再单独明确新能源发电具体项目上网电价

电容器的结构示意图及电极材料种类

长期以来,由于其能量密度低,超级电容器在欧美市场上是能源储存的配角。同时,由于欧美城市规模小,人口密度较低,市场饱和,全世界的目光也越来越寄希望于中国的巨大市场。

首先,在能量回收系统中的应用,如车辆刹车、起重机减速等,传统都是机械能通过摩擦作用完全耗散为热能而浪费掉。而超级电容器通过机电转换系统,能够将机械能变为电能储存,并释放于事先构造好的备用电路中,从而起到节能作用。这个市场非常巨大,也是我国提高能源利用效率的重要实现途径之一。

目前我国已经成为国际高速公路里程最长的国家,众多穿梭于公路上的大巴车,将是利用超级电容器回收能源的理想工具;同时,我国房地产业发达,高层办公与住宅中电梯运行频繁,如果使用能够迅速响应的电容器,则既容易启动,又可回收能源。

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