探究超級(jí)電容器在電動(dòng)汽車(chē)領(lǐng)域的科學(xué)應(yīng)用

郭恒吉

摘 要：隨著能源危機(jī)的進(jìn)一步加重以及人們保護(hù)環(huán)境意識(shí)的覺(jué)醒，對(duì)新能源的研究也提上了日程。近年來(lái)，國(guó)家大力扶持電動(dòng)汽車(chē)的發(fā)展，然而，電能作為電動(dòng)汽車(chē)的主要?jiǎng)恿?lái)源，然而，當(dāng)前的電池技術(shù)卻無(wú)法滿足電動(dòng)汽車(chē)的運(yùn)行需求。超級(jí)電容器的特有優(yōu)勢(shì)有利于電動(dòng)汽車(chē)的進(jìn)一步發(fā)展，然而，當(dāng)前市面上的超級(jí)電容器還存在很多問(wèn)題，因此，本文就當(dāng)前超級(jí)電容器存在的問(wèn)題及改革措施做了一定的探究，希望相關(guān)部門(mén)通過(guò)改革，促進(jìn)電動(dòng)汽車(chē)的發(fā)展。

關(guān)鍵詞：電動(dòng)汽車(chē);電容器;改進(jìn)措施

一、什么是超級(jí)電容器

所謂超級(jí)電容器是指具有溫度特性好、充電快、節(jié)能、壽命長(zhǎng)、綠色和環(huán)保等特點(diǎn)的新型儲(chǔ)能裝置。超大容量電容器、雙電層電容器、電化學(xué)電容器、法拉電容、黃金電容都是其別稱。近十幾年來(lái)材料科學(xué)的突破為超級(jí)電容器的關(guān)鍵構(gòu)件新型功率型儲(chǔ)能元件的出現(xiàn)創(chuàng)造了條件，也就是說(shuō)，新型的超級(jí)電容器得以批量生產(chǎn)也是近幾年的事。

超級(jí)電容器的應(yīng)用面特別廣，市場(chǎng)需求量很大，自其問(wèn)市以來(lái)，就成為該領(lǐng)域內(nèi)的新亮點(diǎn)。在日常生活中，很多和我們生活息息相關(guān)的諸如：電動(dòng)汽車(chē)、電力鐵路、通信、消費(fèi)性電子產(chǎn)品等眾多領(lǐng)域都有超級(jí)電容器的參與，因此其發(fā)展水平對(duì)大家來(lái)說(shuō)意義重大。

二、超級(jí)電容器對(duì)于電動(dòng)汽車(chē)的重要性

對(duì)于電動(dòng)汽車(chē)來(lái)說(shuō)，電源是其主要驅(qū)動(dòng)力，因此電源技術(shù)的發(fā)展水平特別關(guān)鍵。電動(dòng)汽車(chē)對(duì)電源的要求也很高，充放電時(shí)間、價(jià)格費(fèi)用、能密度、壽命、可靠性和安全性都是其考慮的范圍。然而傳統(tǒng)的動(dòng)力電池在以上幾個(gè)方面都存在這樣或者那樣的局限性，嚴(yán)重的阻礙著電動(dòng)汽車(chē)的進(jìn)一步發(fā)展，因此對(duì)電動(dòng)汽車(chē)的電源革命迫在眉睫。相比之下，超級(jí)電容器的優(yōu)勢(shì)就會(huì)特別明顯。其儲(chǔ)電能力特別強(qiáng)大，可以提供強(qiáng)大的電源，容量也遠(yuǎn)遠(yuǎn)的超過(guò)了傳統(tǒng)的動(dòng)力電池，它的出現(xiàn)打破了電動(dòng)汽車(chē)的發(fā)展障礙，憑借其特有的充電快、壽命長(zhǎng)、節(jié)能環(huán)保等特點(diǎn)為電動(dòng)汽車(chē)的發(fā)展做出了重大貢獻(xiàn)。

三、電動(dòng)汽車(chē)的現(xiàn)狀

（一）發(fā)展勢(shì)頭良好

由于汽車(chē)尾氣排放量的與日劇增，城市的污染力度也隨之增加。這與國(guó)家所提倡的綠色環(huán)保截然相悖，因此國(guó)家對(duì)燃油汽車(chē)的支持力度顯然會(huì)大大減小。相反，更為清潔的電動(dòng)汽車(chē)受到國(guó)家的大力發(fā)展，有了政府的支持再加上民眾的環(huán)保意識(shí)的提升，電動(dòng)汽車(chē)的發(fā)展勢(shì)頭良好。

（二）進(jìn)一步發(fā)展遭遇瓶頸

電動(dòng)汽車(chē)雖然不需要直接使用化石燃料，排放量和污染量很小甚至可以忽略，比燃油汽車(chē)要環(huán)保的多。然而，電動(dòng)汽車(chē)對(duì)電池的依賴度很大，在當(dāng)今市場(chǎng)上的電池都存在很大的問(wèn)題，低配的鉛酸電池太重;高配的鋰離子電池雖然相對(duì)輕便，能量也很大，但卻受限于放電速度;按理說(shuō)，輕量級(jí)的超級(jí)電容器應(yīng)該會(huì)更好一些，但是在實(shí)踐中還沒(méi)有達(dá)到預(yù)期的效果?？傊畬?duì)電動(dòng)汽車(chē)的電源研究是電動(dòng)汽車(chē)進(jìn)一步發(fā)展的瓶頸。

四、目前市場(chǎng)上超級(jí)電容器存在的問(wèn)題

（一）老化特征顯著

超級(jí)電容器的儲(chǔ)能功能是基于靜電存儲(chǔ)原理，而且碳電極有其特有的穩(wěn)定性，所以因此超級(jí)電容器的壽命就會(huì)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超傳統(tǒng)的蓄電池。老化是指在物理與化學(xué)性質(zhì)的兩個(gè)維度來(lái)改變超級(jí)電容器的部件，從而造成超級(jí)電容器的老化進(jìn)而造成性能的衰減，這種性能的衰減是不可逆的。超級(jí)電容器的老化還會(huì)影響到超級(jí)電容器的壽命，使電容器的壽命大大降低。

（二）超級(jí)電容器電極材料的選用難度大，研究深度有待加深

碳材料是超級(jí)電容器電極材料中最為實(shí)用的材料，也受到了人們的青睞，然而由于超級(jí)電容器的正級(jí)材料主要是規(guī)格比較大的活性炭，但他的成本太高，可以占到產(chǎn)品總價(jià)格的30%，價(jià)格的高昂直接造成了其推廣難度的增大。

目前，我國(guó)對(duì)碳納米管作為電極材料的用法主要有兩種方式。分別為加粘合劑成型法和直接經(jīng)過(guò)濾加熱成型法。兩種方法各有利弊，都有利于超級(jí)電容器的發(fā)展。

然而，選碳納米管作為電化學(xué)超級(jí)電容器電極材料還有很多需要改進(jìn)的地方。碳納米管的各項(xiàng)指標(biāo)的偏差都會(huì)影響到電化學(xué)超級(jí)電容器的性能，貴金屬氧化物在很多領(lǐng)域的性能都優(yōu)于其他的材料，但是資源的有限性、不可再生性以及價(jià)格的高昂嚴(yán)重的限制了它的發(fā)展。

總之，各種電極材料都有利弊，因此，選擇適合超級(jí)電容器的電極材料的難度很大。

五、改進(jìn)措施

（一）改變超級(jí)電容器的物理構(gòu)造

超級(jí)電容器之所以會(huì)老化，絕大程度上是因?yàn)樗奈锢順?gòu)造，如果可以通過(guò)增加減壓裝置或者通過(guò)對(duì)容器的材質(zhì)進(jìn)行改進(jìn)等措施來(lái)減緩超級(jí)電容器的老化速度。于此同時(shí)，超級(jí)電容器的性能也會(huì)得到一定的保障，壽命也會(huì)相應(yīng)的延長(zhǎng)。

（二）各種材料的電極材料相互配合

根據(jù)我們以上的分析，我們不難得出，每種材料的電極材料都各有利弊，因此單靠一種材料很難達(dá)到電動(dòng)汽車(chē)的高運(yùn)行要求。相反，如果將各種材料的電極材料相結(jié)合，達(dá)到優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)的效果。目前市面上就有應(yīng)用該理念的電池系統(tǒng)，“內(nèi)組合”式超級(jí)電容電池系統(tǒng)就是很典型的代表。把鋰離子電池的正極材料和活性炭材料的混合物相結(jié)合共同作為電極材料的正極，負(fù)極選用石墨材料，電解質(zhì)選用鋰鹽，各種材料相互結(jié)合，共同組成一種新型的準(zhǔn)電化學(xué)電容器，也就是雙電層電極和發(fā)生氧化還原的電極構(gòu)成的不對(duì)稱超級(jí)電容器。因?yàn)樗墓β侍匦杂烧龢O材料中的電化學(xué)行為決定的，所以這樣的組合就會(huì)大大提高電容器的比能量。

至于如何提高貴金屬氧化物電極的利用率，我們可以尋找其他更為便宜的金屬材料作為替代物來(lái)替代昂貴的金屬氧化物電極。比如用氧化錳來(lái)代替，這種資源更加廣泛、價(jià)格也相對(duì)合理，也更加環(huán)保，更適合高級(jí)電容器的發(fā)展。

六、結(jié)語(yǔ)

總之，電動(dòng)汽車(chē)的推廣有利于環(huán)保社會(huì)的構(gòu)建，也符合國(guó)家的政策導(dǎo)向，其大力發(fā)展應(yīng)該受到社會(huì)各界的關(guān)注。超級(jí)電容器對(duì)于電動(dòng)汽車(chē)來(lái)說(shuō)意義重大，然而，目前超級(jí)電容器的發(fā)展并不完善，嚴(yán)重阻礙著電動(dòng)汽車(chē)的發(fā)展，因此對(duì)電動(dòng)汽車(chē)的動(dòng)力來(lái)源超級(jí)電容器的改造迫在眉睫。因此本文詳細(xì)的介紹了超級(jí)電容器所存在的問(wèn)題，并提出了相應(yīng)的改善措施，希望相關(guān)部門(mén)可以從本文得到有建設(shè)性的意見(jiàn)，并做出改變，推動(dòng)電動(dòng)汽車(chē)的進(jìn)一步發(fā)展。

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