近日，充電10分鐘就能讓公交車(chē)跑出200公里的“超級(jí)能量塊”在天津研發(fā)成功。在經(jīng)過(guò)上萬(wàn)次的快速充放電、零下40攝氏度至70攝氏度測(cè)試等考驗(yàn)，這種新型動(dòng)力電源高能鎳碳超級(jí)電容器克服了動(dòng)力電池因快速充放電造成壽命嚴(yán)重縮水的缺點(diǎn)，為純電動(dòng)汽車(chē)增加了一種較為現(xiàn)實(shí)的能量存儲(chǔ)技術(shù)路徑選擇。

好處多多 有“容”乃大

超級(jí)電容器又名電化學(xué)電容器，是20世紀(jì)七八十年代發(fā)展起來(lái)的一種新型儲(chǔ)能裝置。作為介于傳統(tǒng)電容器與電池之間、具有特殊性能的電源，超級(jí)電容器主要利用活性炭多孔電極和電解質(zhì)組成的雙電層結(jié)構(gòu)獲得超大的容量，因而不同于傳統(tǒng)的化學(xué)電源。之所以被稱(chēng)為“超級(jí)”，在于其在分離出的電荷中存儲(chǔ)能量，用于存儲(chǔ)電荷的面積越大、分離出的電荷越密集，其電容量越大。

由于具有龐大的表面積及非常小的電荷分離距離，超級(jí)電容器較傳統(tǒng)電容器具有驚人的靜電容量。同時(shí)，由于其儲(chǔ)能的過(guò)程可逆，超級(jí)電容器可以反復(fù)充放電數(shù)十萬(wàn)次，并具有功率密度大、容量大、使用壽命長(zhǎng)、免維護(hù)、經(jīng)濟(jì)環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)。

業(yè)內(nèi)專(zhuān)家表示，對(duì)于鋰電池而言，如果進(jìn)行快速充放電操作，使用1－2年就需更換，高昂的價(jià)格讓消費(fèi)者望而卻步。此外，鋰電池瞬時(shí)的能量密度傳輸無(wú)法達(dá)到新能源客車(chē)行駛的需求，從而無(wú)法在最短時(shí)間內(nèi)推動(dòng)電機(jī)滿(mǎn)負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)。這些都是造成純電動(dòng)汽車(chē)目前尚未大規(guī)模商業(yè)化的重要掣肘因素之一。

相比之下，超級(jí)電容器壽命更長(zhǎng)、充電時(shí)間短，并且沒(méi)有化學(xué)反應(yīng)所帶來(lái)的污染及蓄電池的記憶問(wèn)題。同時(shí)，大功率的超級(jí)電容器對(duì)于純電動(dòng)汽車(chē)的啟動(dòng)、加速和上坡行駛具有極其重要的意義：在純電動(dòng)汽車(chē)啟動(dòng)和爬坡時(shí)快速提供大功率電流；在純電動(dòng)汽車(chē)正常行駛時(shí)由蓄電池快速充電；在純電動(dòng)汽車(chē)剎車(chē)時(shí)快速存儲(chǔ)發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的大電流，此舉可以減少純電動(dòng)汽車(chē)對(duì)蓄電池大電流充電的限制，從而大大延長(zhǎng)蓄電池的使用壽命，提高純電動(dòng)汽車(chē)的實(shí)用性，這些特性都非常契合純電動(dòng)汽車(chē)的技術(shù)和應(yīng)用要求。中國(guó)科學(xué)院院士田昭武認(rèn)為，相對(duì)于蓄電池，超級(jí)電容器是純電動(dòng)汽車(chē)?yán)硐氲母吖β侍峁┱摺?/p>

國(guó)家能源局原局長(zhǎng)張國(guó)寶在此前召開(kāi)的某論壇上也表示，純電動(dòng)汽車(chē)電池技術(shù)方面還有很多問(wèn)題待解決；但電容充電快，在電動(dòng)汽車(chē)的發(fā)展方向上，還應(yīng)有類(lèi)似超級(jí)電容的技術(shù)路線。

據(jù)了解，目前動(dòng)力電池技術(shù)路線主要3種：最低檔為鉛酸電池，污染嚴(yán)重，只用于電動(dòng)自行車(chē)；較低檔為鎳氫電池，但價(jià)格昂貴、續(xù)航歷程較短；其次是磷酸鐵鋰電池，續(xù)航里程較遠(yuǎn)但價(jià)格較貴，一次充電可行駛100－120公里，為目前國(guó)內(nèi)大多數(shù)純電動(dòng)汽車(chē)所采用。

技術(shù)領(lǐng)先 具備商業(yè)化雛形

鑒于超級(jí)電容器的重要性，許多發(fā)達(dá)國(guó)家都給予高度重視，并作為重點(diǎn)的戰(zhàn)略研究和開(kāi)發(fā)項(xiàng)目。我國(guó)863計(jì)劃電動(dòng)汽車(chē)重大專(zhuān)項(xiàng)中也已將電動(dòng)車(chē)用超級(jí)電容器的開(kāi)發(fā)列入發(fā)展計(jì)劃。

田昭武表示，在材料成本和制作成本降低、比能量和安全性提高的前提下，我國(guó)已經(jīng)設(shè)計(jì)出具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的新型超級(jí)電容器。新型超級(jí)電容器能以十秒數(shù)量級(jí)的高倍率充放電，單次充放電能量密度較高；充放電時(shí)不涉及固相變化，循環(huán)性能優(yōu)異，壽命長(zhǎng)，并且沒(méi)有燃燒爆炸危險(xiǎn)。電化學(xué)活性物質(zhì)選擇余地大，可以適當(dāng)選擇資源豐富、環(huán)境友好且容易回收的電化學(xué)活性物質(zhì)、同時(shí)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、無(wú)需追求巨大表面的電極，也無(wú)需固相化成步驟，材料成本和制造成本低廉，從而可大大降低純電動(dòng)汽車(chē)售價(jià)。

據(jù)了解，在超級(jí)電容技術(shù)研究方面，我國(guó)已不落下風(fēng)。哈爾濱巨容公司自主研究開(kāi)發(fā)的超級(jí)電容器與被17屆國(guó)際電動(dòng)車(chē)年會(huì)（EVS－17）評(píng)價(jià)為與目前國(guó)際上最先進(jìn)的超級(jí)電容器、知識(shí)產(chǎn)權(quán)價(jià)值2億美元的俄羅斯同類(lèi)產(chǎn)品性能相當(dāng)。目前，哈爾濱巨容公司的超大電容VC系列產(chǎn)品采用國(guó)內(nèi)各種成熟技術(shù)加以?xún)?yōu)化組合制成，具有成熟的技術(shù)基礎(chǔ)和產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)。經(jīng)過(guò)幾年的運(yùn)行試驗(yàn)，產(chǎn)品性能指標(biāo)完全符合設(shè)計(jì)要求，已被列入國(guó)家863計(jì)劃，并出口到美國(guó)、加拿大等國(guó)家。

上海奧威科技開(kāi)發(fā)有限公司等企業(yè)制造的超級(jí)電容公交車(chē)已通過(guò)國(guó)外包括安全性檢測(cè)在內(nèi)的一系列嚴(yán)格測(cè)試，目前開(kāi)始出口到多個(gè)國(guó)家和地區(qū)。在此前舉辦的第七屆國(guó)際節(jié)能與新能源汽車(chē)創(chuàng)新發(fā)展論壇暨展覽會(huì)上，奧威科技展出了60輛新投入使用的超級(jí)電容公交車(chē)所載超級(jí)電容。該新型儲(chǔ)能裝置取代了傳統(tǒng)蓄電池，電容車(chē)在運(yùn)營(yíng)過(guò)程中，以30秒到3分鐘時(shí)間，利用乘客上下車(chē)時(shí)間完成快速充電，一次充電滿(mǎn)載運(yùn)行（帶空調(diào)）5－8公里，百公里耗電小于100度，能耗費(fèi)用是普通燃油車(chē)的1／3。據(jù)了解，上海11路、26路使用的以無(wú)機(jī)超級(jí)電容器作惟一電源的近百臺(tái)超級(jí)電容公交車(chē)大規(guī)模商業(yè)化運(yùn)營(yíng)最長(zhǎng)已近5年，狀態(tài)良好，從未出現(xiàn)重大事故。

公交車(chē)或成其“歸宿”

作為一種新型儲(chǔ)能元件，超級(jí)電容器其出現(xiàn)填補(bǔ)了傳統(tǒng)靜電電容器和化學(xué)電源之間的空白。業(yè)內(nèi)專(zhuān)家表示，隨著對(duì)電動(dòng)汽車(chē)研究的深入，超級(jí)電容器在這方面應(yīng)用的優(yōu)勢(shì)將會(huì)越來(lái)越明顯，低成本又決定了其顯著的經(jīng)濟(jì)效益，市場(chǎng)前景非常廣闊。但知名汽車(chē)評(píng)論員賈新光表示，超級(jí)電容容量有限、體積龐大，上海現(xiàn)有的超級(jí)電容公交車(chē)行駛兩三站就需充電、續(xù)航只有數(shù)公里，因此難以在轎車(chē)上使用。

專(zhuān)家表示，同等重量下，超級(jí)電容器續(xù)駛里程僅為鉛酸電池的1／3，這意味著依靠超級(jí)電容提供給車(chē)輛的動(dòng)力強(qiáng)勁卻不能持久，必須在短時(shí)間內(nèi)頻繁充電，這對(duì)于路線和行駛狀況多變復(fù)雜的私人乘用車(chē)而言，顯然并不合適。

然而，由于公交車(chē)的線路站點(diǎn)是固定不變的，只要在停靠站點(diǎn)或者線路上合適的地方建立超級(jí)電容器電動(dòng)大客車(chē)充電站即可；公交車(chē)車(chē)輛行駛也比較平穩(wěn)，滿(mǎn)足超級(jí)電容對(duì)于傾斜角度的限制要求。超級(jí)電容器的充電時(shí)間很短，所以可以利用公交車(chē)進(jìn)站的時(shí)間充電，不會(huì)影響乘客的乘車(chē)感受。此外，建設(shè)滿(mǎn)足超級(jí)電容公交車(chē)充電站的投資比建設(shè)加油或加氣站低很多。

專(zhuān)家表示，超級(jí)電容器行業(yè)目前還處于起步階段，但其用途決定了其戰(zhàn)略?xún)r(jià)值。若政府出臺(tái)強(qiáng)有力的產(chǎn)業(yè)扶持政策以促進(jìn)超級(jí)電容器上下游產(chǎn)業(yè)鏈的發(fā)展，未來(lái)的發(fā)展空間很大。