超级电容 新能源汽车 super capacitor


超级电容器由于具有大功率密度、长寿命、安全可靠性高和对温度差异不太敏感等特殊优势,且可为锂离子电源、燃料电池等主电源提供功率补偿,以提高电源品质和延长电源使用寿命,因而迅速得到了市场人士的普遍认可,市场占有率的份额逐年扩大,行业增长迅速。

目前,超级电容器在中国较为广泛的应用就是城市混合动力汽车启停能量回收系统。当车辆在减速或制动时,将制动过程中产生的热能转换成电能储存在超级电容器里。当车辆再次前进时,超级电容器则将刚刚储存起来的电能输出用于车辆加速运行。


超级电容在轨道交通、卡车、风力、光伏发电领域也有很多应用案例。比如在美国,超级电容器的瞬间释放大功率、大电流、低温性能好等特性,在重型卡车上能够作为启动电源;轨道交通方面,超容在车载储能系统和路旁能量回收的应用能有效减少30%以上的电网电力消耗;而在再生能源系统中,超容在风电变桨系统后备电源、FTU后备电源、以及并网发电时的削峰填谷等应用中均扮演着关键角色。


新能源汽车,用锂电还是用超容?


作为全球最大超级电容器制造商Maxwell公司的代理总裁兼首席执行官,John J. Warwick认为从技术上看,超级电容与锂电池有各自的性能特点。电池中进行的是化学反应,超级电容器则是物理反应,它最大的优势在于可以快速的捕捉和释放能源,速度远远高于电池。而且可以反复使用上百万次,寿命长达十年。随着全球对能源需求的日趋紧迫,以及对排放标准的日趋苛刻,未来将锂电池与超级电容组合的技术应用将成为市场主流。


但不同的应用场合,对于超级电容器的具体需求各不相同。例如在混合动力汽车中,一般要求电容器模块具有超大功率密度、长寿命等性能;而对于纯电动汽车,超级电容的安全性可能会是首要考虑因素。那么,如何在超容产品设计上体现出差异性?


Warwick对此回应称,Maxwell在设计超级电容单体时首先会考虑通用性,并且要确保高可靠性。在利用单体组成模块之后,就必须要根据不同的应用做出调整,比如有些需要防震性能出色,有些需要可循环次数最多,有些对电源管理和散热管理提出了更加严格的要求,这些特性是通过不同的模块设计体现的。公司今后会在单体领域中,逐步根据不同规模的应用,在一些比较特定的领域中做一些定制化的产品。


而针对此前Maxwell正与特斯拉合作超级电容器产品,并将有望在特斯拉电动车上得以使用的传言,CEO先生表示,特斯拉目前并没有使用Maxwell超级电容器。“特斯拉的产量只有两万到两万一千辆左右,从整个电动车市场来看,这个比例是相当小的。Maxwell的超级电容器可以使用在纯电动汽车、压缩天然气汽车、以及混合插入式汽车当中,那里有着更为广阔的天地。”


他由此还特别谈到了中国政府目前推出多项细则,要求在规定期限内淘汰“黄标车”,并对新能源汽车给予一定程度价格补贴的政策,认为此举彰显了中国政府致力于实现节能减排,走可持续发展道路的决心。通过使用更多插入式混合电动车,可以更好的减少污染和雾霾,并有效提升城市交通效率。而无论是超级电容器,还是锂电池在上述领域都是可以发挥积极作用的。我们非常愿意和电池供应商携手提供一整套系统性解决方案,大幅提升包括新能源汽车在内的多个市场的发展。


如何进一步降低成本?


众所周知,超级电容器所使用的核心材料首先是碳,所以未来对新型材料技术的开发将会是降低制造成本的重要方向。Warwick对此表示认同并指出,新型碳材料,包括石墨烯、纳米介孔碳和金属氧化物及其复合材料等,将对未来超级电容器的成本降低起到至关重要的影响。此外,增加电极表面积,提高离子密度,使用不同介质电解液、生产出容量更大的超级电容器,也是公司目前正在努力的方向。据称,Maxwell每年用于研发方面的费用达到了两千到两千五百万美元,包括制定一些新的标准用以推动行业发展。


除了核心材料方面的创新外,通过优化生产工艺流程降低成本也是一条捷径。Maxwell的做法是在生产过程中使用一些大型定制化的机器和设备,用以帮助公司降低生产成本,为客户提高更多的价值。


和竞争对手大多采用湿法电极制造工艺不同,Maxwell采用的是干法工艺,它在稳定性、抗震性、寿命和成本等方面都非常出色。“我们所面临的挑战是如何抓住市场机遇。”Warwick说,中国已成为世界上最大的汽车、公共交通、绿色能源消费市场,新型城镇化建设也需要大量机械设备和基础设施投入,希望能和同行共同把这个行业做大做强,因为只有有了强大的竞争者,整个行业的前景才会更加广阔。为此,Maxwell正积极与中国的合作伙伴加强合作,扩充产能,并在多地开设分支机构,提高本地化程度,更好的满足客户多样化的定制需求。