超级电容电池助推纯电动客车前行
发布时间: 2021-07-17 08:58点击次数:
       近日,充电10分钟就能让公交车跑出200公里的“超级能量块”在天津研发成功。在经过上万次的快速充放电、零下40摄氏度至70摄氏度测试等考验,这种新型动力电源高能镍碳超级电容器克服了动力电池因快速充放电造成寿命严重缩水的缺点,为纯电动汽车增加了一种较为现实的能量存储技术路径选择。
       好处多多有“容”乃大
       超级电容器又名电化学电容器,是20世纪七八十年代发展起来的一种新型储能装置。作为介于传统电容器与电池之间、具有特殊性能的电源,超级电容器主要利用活性炭多孔电极和电解质组成的双电层结构获得超大的容量,因而不同于传统的化学电源。之所以被称为“超级”,在于其在分离出的电荷中存储能量,用于存储电荷的面积越大、分离出的电荷越密集,其电容量越大。
       由于具有庞大的表面积及非常小的电荷分离距离,超级电容器较传统电容器具有惊人的静电容量。同时,由于其储能的过程可逆,超级电容器可以反复充放电数十万次,并具有功率密度大、容量大、使用寿命长、免维护、经济环保等优点。
       业内专家表示,对于锂电池而言,如果进行快速充放电操作,使用1-2年就需更换,高昂的价格让消费者望而却步。此外,锂电池瞬时的能量密度传输无法达到新能源客车行驶的需求,从而无法在最短时间内推动电机满负荷运转。这些都是造成纯电动汽车目前尚未大规模商业化的重要掣肘因素之一。
       相比之下,超级电容器寿命更长、充电时间短,并且没有化学反应所带来的污染及蓄电池的记忆问题。同时,大功率的超级电容器对于纯电动汽车的启动、加速和上坡行驶具有极其重要的意义:在纯电动汽车启动和爬坡时快速提供大功率电流;在纯电动汽车正常行驶时由蓄电池快速充电;在纯电动汽车刹车时快速存储发电机产生的大电流,此举可以减少纯电动汽车对蓄电池大电流充电的限制,从而大大延长蓄电池的使用寿命,提高纯电动汽车的实用性,这些特性都非常契合纯电动汽车的技术和应用要求。中国科学院院士田昭武认为,相对于蓄电池,超级电容器是纯电动汽车理想的高功率提供者。
       国家能源局原局长张国宝在此前召开的某论坛上也表示,纯电动汽车电池技术方面还有很多问题待解决;但电容充电快,在电动汽车的发展方向上,还应有类似超级电容的技术路线。
       据了解,目前动力电池技术路线主要3种:最低档为铅酸电池,污染严重,只用于电动自行车;较低档为镍氢电池,但价格昂贵、续航历程较短;其次是磷酸铁锂电池,续航里程较远但价格较贵,一次充电可行驶100-120公里,为目前国内大多数纯电动汽车所采用。
       技术领先具备商业化雏形
       鉴于超级电容器的重要性,许多发达国家都给予高度重视,并作为重点的战略研究和开发项目。我国863计划电动汽车重大专项中也已将电动车用超级电容器的开发列入发展计划。
       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,我国已经设计出具有自主知识产权的新型超级电容器。新型超级电容器能以十秒数量级的高倍率充放电,单次充放电能量密度较高;充放电时不涉及固相变化,循环性能优异,寿命长,并且没有燃烧爆炸危险。电化学活性物质选择余地大,可以适当选择资源丰富、环境友好且容易回收的电化学活性物质、同时结构简单、无需追求巨大表面的电极,也无需固相化成步骤,材料成本和制造成本低廉,从而可大大降低纯电动汽车售价。
       据了解,在超级电容技术研究方面,我国已不落下风。哈尔滨巨容公司自主研究开发的超级电容器与被17届国际电动车年会(EVS-17)评价为与目前国际上最先进的超级电容器、知识产权价值2亿美元的俄罗斯同类产品性能相当。目前,哈尔滨巨容公司的超大电容VC系列产品采用国内各种成熟技术加以优化组合制成,具有成熟的技术基础和产业基础。经过几年的运行试验,产品性能指标完全符合设计要求,已被列入国家863计划,并出口到美国、加拿大等国家。
       上海奥威科技开发有限公司等企业制造的超级电容公交车已通过国外包括安全性检测在内的一系列严格测试,目前开始出口到多个国家和地区。在此前举办的第七届国际节能与新能源汽车创新发展论坛暨展览会上,奥威科技展出了60辆新投入使用的超级电容公交车所载超级电容。该新型储能装置取代了传统蓄电池,电容车在运营过程中,以30秒到3分钟时间,利用乘客上下车时间完成快速充电,一次充电满载运行(带空调)5-8公里,百公里耗电小于100度,能耗费用是普通燃油车的1/3。据了解,上海11路、26路使用的以无机超级电容器作惟一电源的近百台超级电容公交车大规模商业化运营最长已近5年,状态良好,从未出现重大事故。
       公交车或成其“归宿”
       作为一种新型储能元件,超级电容器其出现填补了传统静电电容器和化学电源之间的空白。业内专家表示,随着对电动汽车研究的深入,超级电容器在这方面应用的优势将会越来越明显,低成本又决定了其显著的经济效益,市场前景非常广阔。但知名汽车评论员贾新光表示,超级电容容量有限、体积庞大,上海现有的超级电容公交车行驶两三站就需充电、续航只有数公里,因此难以在轿车上使用。
       专家表示,同等重量下,超级电容器续驶里程仅为铅酸电池的1/3,这意味着依靠超级电容提供给车辆的动力强劲却不能持久,必须在短时间内频繁充电,这对于路线和行驶状况多变复杂的私人乘用车而言,显然并不合适。
       然而,由于公交车的线路站点是固定不变的,只要在停靠站点或者线路上合适的地方建立超级电容器电动大客车充电站即可;公交车车辆行驶也比较平稳,满足超级电容对于倾斜角度的限制要求。超级电容器的充电时间很短,所以可以利用公交车进站的时间充电,不会影响乘客的乘车感受。此外,建设满足超级电容公交车充电站的投资比建设加油或加气站低很多。
       专家表示,超级电容器行业目前还处于起步阶段,但其用途决定了其战略价值。若政府出台强有力的产业扶持政策以促进超级电容器上下游产业链的发展,未来的发展空间很大。

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