革命性“混合超級電容”可望實現(xiàn)電池技術跨越式進步

　　Ioxus Inc.日前發(fā)布了一種重大的電池結(jié)構(gòu)改良，將有助于縮減半導體和電池技術之間的差距──傳統(tǒng)電池技術由于必須依賴無法改變的化學反應，成長腳步一直落后于半導體。

　　與采用主電池儲能的方式不同，他們僅根據(jù)個別設備的需求，分別饋送少量電能給這些設備－－這種嶄新的混合式電容器/電池僅針對鄰近設備的當前電能用量儲存足夠使用的能量。Ioxus Inc.表示，通過定義一種全新的分布式能源架構(gòu)(distributed-energy architecture)，該公司已經(jīng)解決了“電池問題”。

　　“在許多應用中，我們的混合型超電容器(hybrid ultra-capacitors)都優(yōu)于傳統(tǒng)電池結(jié)構(gòu)，”Ioxus聯(lián)合創(chuàng)辦人兼副總裁Chad Hall說。“當你需要少量或后備電源，我們便能提供可滿足這些需求的解決方案，而且完全沒有使用傳統(tǒng)電池時會遇到的問題。”

傳統(tǒng)架構(gòu)的超級電容(雙層電容)原理圖

　　該技術的適用領域包含了從簡單到極復雜的應用。舉例來說，一個簡單的手電筒，只要用混合超電容器，就能在短短20秒內(nèi)充飽可用2小時的電量。而一個復雜的汽車再生剎車系統(tǒng)(regenerative braking system)也能改用混合超電容器，在每次剎車和停下來時進行充電，而后，當你踩下油門便可重新啟動汽車──這可望消除所有因汽車的停止和啟動所造成的污染。

　　在汽車應用中，這種混合電容器能夠以更具成本效益的方法，嵌入在汽車的各個不同應用中，它能夠儲存較少量的能源，為汽車的供電指示LED燈、車載電腦、電動車窗、電動門鎖以及安全系統(tǒng)提供所需電力。而當汽車的主電池完全失效時，所有由混合式超級電容器提供電力的系統(tǒng)仍能順利運作。此外，Ioxus公司也估計，若電動汽車采用這種分布式的混合式超級電容器，來取代原有單一大型集中式電池的設計，將能減少約20～30磅(約9～14KG)的重量。

　　市場上也有少數(shù)其他廠商聲稱擁有類似于Ioxus的混合動力超電容器，但這些產(chǎn)品都缺乏Ioxus的獨特整合特性。例如，Evans Capacitor Co.公司推出了具備更高電壓的低能量混合電容器，但與Ioxus的混合型超電容器相比，它更類似于一種獨立型超電容器。而JM Energy Corp.公司也開發(fā)了“鋰離子電容器”，但同樣的，與Ioxus的混合型超電容器相比，它更像是一個鋰離子電池。Ioxus也強調(diào)，該公司擁有的知識產(chǎn)權(quán)，使其產(chǎn)品的運作效能更優(yōu)于Evan和JM Energy的產(chǎn)品。

“混合式超級電容器”如何工作？

　　Ioxus的混合型超電容器結(jié)合了一種在分隔的絕緣板上累積電荷的電容器架構(gòu)，以及化學儲存的鋰離子電池。這個采用與鋰子電池相同化學品的混合型超電容器，將這些化學品分散到固態(tài)電極的表面，而不是將這些化學品嵌入到多孔電極中──這種緩慢的“插入”(intercalation)過程是進行充放電時所必要的。

　　因此，Ioxus的混合超電容器可以在幾乎任何速率下進行充電和放電，這使其能夠依照應用所需，去耗盡及釋出大量或微小的電流。只有一個缺點：它們無法儲存像傳統(tǒng)電池那樣多的電量，而且無法長久儲存，不過，分布式架構(gòu)可以補償這些缺陷，Ioxus表示。

內(nèi)置鋰離子電池的Ioxus混合超電容器采用分布式儲存架構(gòu)，其運作效能甚至比該技術本身更加優(yōu)良

　　“混合電容器可用來添加在需要供給能源的地方，”Hall說?！八麄兡軆Υ姹葐我恍统娙萜鞲嗟哪芰浚?，與鋰離子電池相比，它可承受幾乎無限量的充放電循環(huán)次數(shù)。”

　　混合型超電容器無法儲存和鋰離子電池一樣多的電量，但它們可儲存的電量大約會比單一型超電容器多出一倍，再加上幾乎無限次數(shù)的充/放電循環(huán)特性。大部份的鋰離子電池僅有數(shù)百次的充/放電周期，而一些強調(diào)長效應用的版本，其充/放電次數(shù)也局限在數(shù)千次。但混合型超電容器的充/放電次數(shù)通常是其產(chǎn)品壽命的好幾倍－－Ioxus的測試顯示其產(chǎn)品充放電過期可超過2萬次。

　　混合型超電容器還可提供比當前最強大的電池更高的即時啟動電源──高達每千克5kW，其他更高價的電池可能僅能達到3kW/kg。Ioxus還聲稱，其混合型超電容器的能源效率可達95%，而最好的鋰離子電池則僅有70%。