奇妙電池技術來了：電動汽車充電只需幾分鐘

騰訊數碼訊（文心）據BBC網站報道，想像一下，把電動汽車充電時間由數小時縮短至數分鐘，或者在數秒鐘內即可給智能手機充滿電，是不是很奇妙？

這是研究人員描述的誘人前景。研究人員認為他們已經發現了一種新材料，能提升碳基超級電容器的性能。超級電容器是一種能量存儲裝置，不但充電速度非常快，放電速度同樣也非常快。

Superdielectrics公司研究主管唐納德·海格特（Donald Highgate）博士表示，他最初為軟性隱形眼鏡開發的一種材料，在保持靜電場方面也非常出色。

簡而言之，超級電容器不像傳統電池那樣通過化學反應產生電能，它們形成靜電場。

海格特正在與布里斯托爾大學和薩里大學合作，開發採用這種新型聚合物的超級電容器，並希望它們最終能夠媲美甚至超越鋰離子電池——前提是他們能夠在量產中複製原型產品性能。

到目前為止，超級電容器擅長的是快速提供電能——例如啟動汽車發動機，或者在加速時給火車提供動力。它們也非常適合汽車在制動時收集能量，這使它們成為電動汽車的重要組成部分。

在平衡供需時，全國性電網使用超級電容器快速提供電能。

韓國首都首爾希望在2020年前有3500輛由超級電容器供電的公共汽車投入使用，這種公共汽車也將在中國上海投入使用。自2010年以來，歐洲汽車製造商標緻雪鐵龍一直在汽車中使用超級電容器。超級電容器製造商Maxwell科技公司稱，目前已有超過100萬輛汽車使用其產品。

BBC表示，但迄今為止，超級電容器在存儲大量電能，或者長期存儲電能方面的表現並不特別好。

這就是所謂的能量密度（即每公斤電池能夠存儲的能量）低，這使得超級電容器與鋰離子電池相比處於明顯劣勢。

英國國家物理實驗室研究員加雷思·海因茲（Gareth Hinds）表示，「超級電容器相對於傳統電池的兩大優勢，是快得多的充電和放電速度，以及更長的使用壽命。缺點是它們往往成本相對較高，而且只能存儲夠使用數秒鐘，或者最多數分鐘的電能。」

例如，當利用超級電容器為工廠裝配線上的工具供電時，這不是問題。一旦放回到充電座中，它可以在數秒鐘內完成充電。

但是，如果用於電動汽車或公共汽車，可能每行駛數英里就需要充電。

超級電容器製造商Skeleton在愛沙尼亞、德國和芬蘭都開展業務，該公司首席執行官、聯合創始人大衛·馬蒂伯克（Taavi Madiberk）表示，該公司的超級電容器產品包含有石墨烯層（排列成六邊形晶格的單層碳原子）和其他碳基材料。

馬蒂伯克說，這些石墨烯層有著巨大的表面積，1克石墨烯表面積可以達到2000平方米。這使得超級電容器可以存儲多得多的電能。

Skeleton的產品已經應用在混合動力汽車中，特別是公共汽車和貨車。馬蒂伯克說，在一次試驗中，他們在一輛為超市送貨的柴電動力廂式貨車上安裝了超級電容器，「油耗降低了32%」。

但他承認，從短期來看，將超級電容與鋰離子電池相結合，可能是同時享受這兩種技術優勢的最佳方式，特別是在電動汽車中。

另一家位於法國南部的超級電容器製造商NaWa首席執行官烏里克·格拉普（Ulrik Grape）對此表示贊同，並表示，「雖然不能儲存大量電能，但超級電容器響應時間很快。因此超級電容器可以用於加速和制動時的能量回收——對電池使用壽命影響較大——可能使電池的預期壽命翻一番，甚至達到原來的三倍。」

格拉普解釋說，NaWa的技術利用了「垂直排列的碳和石墨烯納米管，納米管表面能存儲電能」。

這些塗有另外一種碳基材料的納米管非常細，每平方厘米能容納100億根。

由於碳是一種輕質材料，將超級電容器整合在鋰離子電池中還會降低整體重量，這有助於改善電動汽車的續航性能。

目前由威廉斯先進工程公司製造的E級方程式賽車電池，重300公斤。NaWa認為，該公司的技術可以將電池重量減少三分之一至200公斤，而不會影響續航里程。

格拉普表示，「我們認為，快速充電和放電能力，將是未來電池最重要的特性之一。雖然我們的產品不能像鋰離子電池那樣存儲那麼多電量，但它可以使用更多周期——充電和放電——高達100萬次。碳是一種很厲害的材料。」

相比之下，依靠化學反應來產生電能的普通電池，一旦這些化學物質失去效力——在約3000至5000次充電和放電周期後——電池就報廢了。

製造商稱，超級電容器的另一個優點是，它們不需要稀有材料，例如鈷。

BBC稱，當然，超級電容器絕不意味著傳統電池「壽終正寢」。鋰離子電池技術每年仍以約5-10％的速度在提高。

新型儲能形式對於可再生能源成功取代化石燃料至關重要。當太陽落山或沒有風時，我們需要非常快速地利用存儲的電能彌補供需之間的差額。

除了抽水蓄能、飛輪、壓縮氣體和大型電池陣列等傳統儲能方式外，高效超級電容器最終可能成為完全可持續能源電網的重要組成部分。

但目前超級電容器還處於發展的早期階段。

海因茲總結說：「基於聚合物的超級電容器正在成為一種有前途的技術，但是要實現所需的能量存儲容量，而且不會影響功率、使用壽命和成本，還有很多工作要做。」

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