超級電容與鋰電技術(shù)路徑之爭：并行不悖

　　歐盟于2013年10月正式啟動石墨烯旗艦項(xiàng)目(FET),利用高強(qiáng)度、高導(dǎo)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(yīng)用場景優(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,低溫性能好等優(yōu)勢,廣泛應(yīng)于新能源汽車的某些特定領(lǐng)域。如Maxwell生產(chǎn)的超級電容器主要應(yīng)用于混合動力客車制動能量回收系統(tǒng)、軌道交通的車載儲能系統(tǒng)以及重型卡車的啟動電源等方面。但其最大瓶頸為能量密度低(工業(yè)化應(yīng)用的一般為蓄電池的5-15%),較難作為動力來源單獨(dú)提供能源,未來技術(shù)發(fā)展方向?yàn)樘嵘芰棵芏纫约皩Ω唠妷汗ぷ鳝h(huán)境的適應(yīng)性。

　　“超級電容有望替代電池”論斷尚無可靠依據(jù)。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(yuǎn)低于鋰電,完美實(shí)驗(yàn)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;另據(jù)麻省理工JoelSchindall預(yù)測,即使樂觀假設(shè),未來幾年其工業(yè)化量產(chǎn)的儲能能力最終也僅能達(dá)到電池的25%左右。2)超級電容工業(yè)化應(yīng)用路途漫長。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(fù)雜,還需繼續(xù)探索經(jīng)濟(jì)合理的規(guī)模化生產(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,工業(yè)應(yīng)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(fù)極材料、在隔膜與負(fù)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Li2MnO3-LiMO2為正極的鋰電池比容量可望超過250mAh/g);而此次旗艦項(xiàng)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(zhuǎn)化和儲存效率的用于促進(jìn)電池、電容及太陽能轉(zhuǎn)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(tǒng)的一部分,能量存儲環(huán)節(jié)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(tǒng)的考量,除物理性能之外,配套系統(tǒng)完善程度、安全性、經(jīng)濟(jì)性均是重點(diǎn)考慮因素;以新能源汽車為例,動力系統(tǒng)需要能量存儲、轉(zhuǎn)化和控制三大環(huán)節(jié)的協(xié)同,不同的儲能方式需匹配相應(yīng)的動力轉(zhuǎn)化和控制系統(tǒng),以及基礎(chǔ)配套設(shè)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提升,而是其各自配套系統(tǒng)共同演進(jìn)、提升性價比的較量;同時,電容和鋰電池性能方面互補(bǔ),配合使用帶來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(rèn)為,隨互聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用、智能時代的到來,對能源、儲能的需求將幾何級數(shù)增長,儲能技術(shù)市場空間廣闊,且由于其性能考量的側(cè)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。