中國(guó)粉體網(wǎng)訊 據(jù)BBC網(wǎng)站報(bào)道，想象一下，把電動(dòng)汽車充電時(shí)間由數(shù)小時(shí)縮短至數(shù)分鐘，或者在數(shù)秒鐘內(nèi)即可給智能手機(jī)充滿電，是不是很奇妙？
這是研究人員描述的誘人前景。研究人員認(rèn)為他們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了一種新材料，能提升碳基超級(jí)電容器的性能。超級(jí)電容器是一種能量存儲(chǔ)裝置，不但充電速度非常快，放電速度同樣也非�？�。
Superdielectrics公司研究主管唐納德·海格特（Donald Highgate）博士表示，他最初為軟性隱形眼鏡開(kāi)發(fā)的一種材料，在保持靜電場(chǎng)方面也非常出色。
簡(jiǎn)而言之，超級(jí)電容器不像傳統(tǒng)電池那樣通過(guò)化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生電能，它們形成靜電場(chǎng)。
海格特正在與布里斯托爾大學(xué)和薩里大學(xué)合作，開(kāi)發(fā)采用這種新型聚合物的超級(jí)電容器，并希望它們最終能夠媲美甚至超越鋰離子電池——前提是他們能夠在量產(chǎn)中復(fù)制原型產(chǎn)品性能。
到目前為止，超級(jí)電容器擅長(zhǎng)的是快速提供電能——例如啟動(dòng)汽車發(fā)動(dòng)機(jī)，或者在加速時(shí)給火車提供動(dòng)力。它們也非常適合汽車在制動(dòng)時(shí)收集能量，這使它們成為電動(dòng)汽車的重要組成部分。
在平衡供需時(shí)，全國(guó)性電網(wǎng)使用超級(jí)電容器快速提供電能。
韓國(guó)首都首爾希望在2020年前有3500輛由超級(jí)電容器供電的公共汽車投入使用，這種公共汽車也將在中國(guó)上海投入使用。自2010年以來(lái)，歐洲汽車制造商標(biāo)致雪鐵龍一直在汽車中使用超級(jí)電容器。超級(jí)電容器制造商Maxwell科技公司稱，目前已有超過(guò)100萬(wàn)輛汽車使用其產(chǎn)品。
BBC表示，但迄今為止，超級(jí)電容器在存儲(chǔ)大量電能，或者長(zhǎng)期存儲(chǔ)電能方面的表現(xiàn)并不特別好。
這就是所謂的能量密度（即每公斤電池能夠存儲(chǔ)的能量）低，這使得超級(jí)電容器與鋰離子電池相比處于明顯劣勢(shì)。
英國(guó)國(guó)家物理實(shí)驗(yàn)室研究員加雷思·海因茲（Gareth Hinds）表示，“超級(jí)電容器相對(duì)于傳統(tǒng)電池的兩大優(yōu)勢(shì)，是快得多的充電和放電速度，以及更長(zhǎng)的使用壽命。缺點(diǎn)是它們往往成本相對(duì)較高，而且只能存儲(chǔ)夠使用數(shù)秒鐘，或者最多數(shù)分鐘的電能�！�
例如，當(dāng)利用超級(jí)電容器為工廠裝配線上的工具供電時(shí)，這不是問(wèn)題。一旦放回到充電座中，它可以在數(shù)秒鐘內(nèi)完成充電。
但是，如果用于電動(dòng)汽車或公共汽車，可能每行駛數(shù)英里就需要充電。
超級(jí)電容器制造商Skeleton在愛(ài)沙尼亞、德國(guó)和芬蘭都開(kāi)展業(yè)務(wù)，該公司首席執(zhí)行官、聯(lián)合創(chuàng)始人大衛(wèi)·馬蒂伯克（Taavi Madiberk）表示，該公司的超級(jí)電容器產(chǎn)品包含有石墨烯層（排列成六邊形晶格的單層碳原子）和其他碳基材料。
馬蒂伯克說(shuō)，這些石墨烯層有著巨大的表面積，1克石墨烯表面積可以達(dá)到2000平方米。這使得超級(jí)電容器可以存儲(chǔ)多得多的電能。
Skeleton的產(chǎn)品已經(jīng)應(yīng)用在混合動(dòng)力汽車中，特別是公共汽車和貨車。馬蒂伯克說(shuō)，在一次試驗(yàn)中，他們?cè)谝惠v為超市送貨的柴電動(dòng)力廂式貨車上安裝了超級(jí)電容器，“油耗降低了32%”。
但他承認(rèn)，從短期來(lái)看，將超級(jí)電容與鋰離子電池相結(jié)合，可能是同時(shí)享受這兩種技術(shù)優(yōu)勢(shì)的最佳方式，特別是在電動(dòng)汽車中。
另一家位于法國(guó)南部的超級(jí)電容器制造商N(yùn)aWa首席執(zhí)行官烏里克·格拉普（Ulrik Grape）對(duì)此表示贊同，并表示，“雖然不能儲(chǔ)存大量電能，但超級(jí)電容器響應(yīng)時(shí)間很快。因此超級(jí)電容器可以用于加速和制動(dòng)時(shí)的能量回收——對(duì)電池使用壽命影響較大——可能使電池的預(yù)期壽命翻一番，甚至達(dá)到原來(lái)的三倍�！�
格拉普解釋說(shuō)，NaWa的技術(shù)利用了“垂直排列的碳和石墨烯納米管，納米管表面能存儲(chǔ)電能”。
這些涂有另外一種碳基材料的納米管非常細(xì)，每平方厘米能容納100億根。
由于碳是一種輕質(zhì)材料，將超級(jí)電容器整合在鋰離子電池中還會(huì)降低整體重量，這有助于改善電動(dòng)汽車的續(xù)航性能。
目前由威廉斯先進(jìn)工程公司制造的E級(jí)方程式賽車電池，重300公斤。NaWa認(rèn)為，該公司的技術(shù)可以將電池重量減少三分之一至200公斤，而不會(huì)影響續(xù)航里程。
格拉普表示，“我們認(rèn)為，快速充電和放電能力，將是未來(lái)電池最重要的特性之一。雖然我們的產(chǎn)品不能像鋰離子電池那樣存儲(chǔ)那么多電量，但它可以使用更多周期——充電和放電——高達(dá)100萬(wàn)次。碳是一種很厲害的材料�！�
相比之下，依靠化學(xué)反應(yīng)來(lái)產(chǎn)生電能的普通電池，一旦這些化學(xué)物質(zhì)失去效力——在約3000至5000次充電和放電周期后——電池就報(bào)廢了。
制造商稱，超級(jí)電容器的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是，它們不需要稀有材料，例如鈷。
BBC稱，當(dāng)然，超級(jí)電容器絕不意味著傳統(tǒng)電池“壽終正寢”。鋰離子電池技術(shù)每年仍以約5-10％的速度在提高。
新型儲(chǔ)能形式對(duì)于可再生能源成功取代化石燃料至關(guān)重要。當(dāng)太陽(yáng)落山或沒(méi)有風(fēng)時(shí)，我們需要非常快速地利用存儲(chǔ)的電能彌補(bǔ)供需之間的差額。
除了抽水蓄能、飛輪、壓縮氣體和大型電池陣列等傳統(tǒng)儲(chǔ)能方式外，高效超級(jí)電容器最終可能成為完全可持續(xù)能源電網(wǎng)的重要組成部分。
但目前超級(jí)電容器還處于發(fā)展的早期階段。
海因茲總結(jié)說(shuō)：“基于聚合物的超級(jí)電容器正在成為一種有前途的技術(shù)，但是要實(shí)現(xiàn)所需的能量存儲(chǔ)容量，而且不會(huì)影響功率、使用壽命和成本，還有很多工作要做。”
