超級電容與鋰電技術(shù)路徑之爭：并行不悖

　　歐盟于2013年10月正式啟動(dòng)石墨烯旗艦項目(FET),利用高強度、高導電石墨烯薄膜材料提升電容器物理性能為其探索方向之一,并取得階段性成果。

　　超級電容在某些特定應用場(chǎng)景優(yōu)勢明顯。相較于化學(xué)電池,超級電容具有瞬間釋放大功率、使用壽命長(cháng),低溫性能好等優(yōu)勢,廣泛應于新能源汽車(chē)的某些特定領(lǐng)域。如Maxwell生產(chǎn)的超級電容器主要應用于混合動(dòng)力客車(chē)制動(dòng)能量回收系統、軌道交通的車(chē)載儲能系統以及重型卡車(chē)的啟動(dòng)電源等方面。但其最大瓶頸為能量密度低(工業(yè)化應用的一般為蓄電池的5-15%),較難作為動(dòng)力來(lái)源單獨提供能源,未來(lái)技術(shù)發(fā)展方向為提升能量密度以及對高電壓工作環(huán)境的適應性。

　　“超級電容有望替代電池”論斷尚無(wú)可靠依據。1)盡管引入石墨稀后,超級電容的能量密度將大幅提升,但仍遠低于鋰電,完美實(shí)驗下(13年)超級電容能量密度為74wh/kg,而tesla所用電池能量密度近200wh/kg;另?yè)槭±砉oelSchindall預測,即使樂(lè )觀(guān)假設,未來(lái)幾年其工業(yè)化量產(chǎn)的儲能能力最終也僅能達到電池的25%左右。2)超級電容工業(yè)化應用路途漫長(cháng)。如AndreGEIM教授(因研制石墨烯材料獲得2010年物理諾獎)所言,大功率超級電容器生產(chǎn)制造工藝復雜,還需繼續探索經(jīng)濟合理的規?；a(chǎn)工藝,并克服產(chǎn)品質(zhì)量控制、工藝磨合等工業(yè)化進(jìn)程中的阻礙。

　　鋰電也處于技術(shù)自我突破期,引入石墨烯材料亦有望提升電池性能。近十年來(lái),工業(yè)應用的鋰電能量密度已由100wh/kg提升至近200wh/kg,目前,除去嘗試新的正負極材料、在隔膜與負極材料方面引入涂覆工藝、納米技術(shù)等手段外,提高充電電壓提升能量密度亦取得突破進(jìn)展(如電壓提高到5V左右,則以L(fǎng)i2MnO3-LiMO2為正極的鋰電池比容量可望超過(guò)250mAh/g);而此次旗艦項目旨在加速石墨烯材料商業(yè)化進(jìn)程,石墨烯提升能源轉化和儲存效率的用于促進(jìn)電池、電容及太陽(yáng)能轉化效率提高等各方面的研究,電池亦有望從中受益,鋰電性能的提升仍有較大空間。

　　廣闊天地,并行不悖:作為能源系統的一部分,能量存儲環(huán)節亦關(guān)乎人們的生命財產(chǎn)安全,對其技術(shù)路徑的選擇需要全面和系統的考量,除物理性能之外,配套系統完善程度、安全性、經(jīng)濟性均是重點(diǎn)考慮因素;以新能源汽車(chē)為例,動(dòng)力系統需要能量存儲、轉化和控制三大環(huán)節的協(xié)同,不同的儲能方式需匹配相應的動(dòng)力轉化和控制系統,以及基礎配套設施(如充電樁等)。因此,技術(shù)路徑之爭并非完全取決于電池和電容某一性能的暫時(shí)提升,而是其各自配套系統共同演進(jìn)、提升性?xún)r(jià)比的較量;同時(shí),電容和鋰電池性能方面互補,配合使用帶來(lái)能量密度及功率密度雙重提升,或是概率較大的一種演進(jìn)路徑。我們認為,隨互聯(lián)網(wǎng)的應用、智能時(shí)代的到來(lái),對能源、儲能的需求將幾何級數增長(cháng),儲能技術(shù)市場(chǎng)空間廣闊,且由于其性能考量的側重點(diǎn)不同,鋰電池、電容,甚至電池配套電容等更多技術(shù)路徑均將獲取各自適合的發(fā)展空間。