電動(dòng)車(chē)車(chē)主一直深受續航里程的困擾，每次節假日都會(huì )有抱怨聲響起。

先看續航里程憂(yōu)慮的根源所在：

傳統汽車(chē)用的汽油能量密度均值是13000 Wh/kg?，F在主流鋰電池的能量密度在200-300Wh/kg，即使按最高300算，也跟汽油差得不是一星半點(diǎn)。不要慌，這里面還有一個(gè)能量轉換效率問(wèn)題。數據顯示，純電動(dòng)車(chē)的能量轉換效率均值是86%，而內燃機車(chē)只有30%。也就是說(shuō)鋰電池超過(guò)八成能量都轉化為動(dòng)力，汽油則做了大量“無(wú)用功”。這么折算下來(lái)，傳統汽車(chē)可用的能量密度比鋰電池高15倍。

但是鋰電池要提高能量密度到15倍，是“不可能的任務(wù)”。雖然實(shí)驗室里曾經(jīng)將能量密度提高到10倍，但電池充放電幾十次就報銷(xiāo)了。

那么有可能有沒(méi)有將能量密度提高到適中的程度，還能保持理想的充放電次數?

電容是最基本的電子元器件之一，簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)兩層金屬箔片夾著(zhù)一層絕緣片，外面再加上一層保護殼。這兩個(gè)箔片之間就是儲存電能的空間。電容是作為瞬間供電使用，所以存儲的電能也不多，能量密度和電池比，差得就太遠了。

但是電容有一個(gè)電池不具備的優(yōu)點(diǎn)：充放電壽命超長(cháng)，10 萬(wàn)次毫無(wú)壓力，甚至充放電幾十萬(wàn)次，性能衰減都很小。所以它的壽命基本和產(chǎn)品本身相始終。

之所以會(huì )具有這么優(yōu)良的充放電壽命，是因為電容儲能是基于物理原理，不產(chǎn)生化學(xué)反應?？梢赃@么想象：電容充電時(shí)是將電能一股腦直接倒入電容器，放電時(shí)又一股腦倒了出去;而鋰電池充電時(shí)是將電能先轉化為化學(xué)能，放電時(shí)是將化學(xué)能轉化為電能。

既然有這樣的優(yōu)勢，就不放擴大其電能儲存量。這就是超級電容。即將電容器做成一個(gè)儲存器，而不僅僅瞬間供電。但面臨的最大難關(guān)就是如何提升超級電容能量密度。

上世紀90年代，美國超級電容器生產(chǎn)商EEStor用好幾年的時(shí)間將大量財力物力投向提高超級電容能量密度。當時(shí)EEStor爭取到了巨額的研發(fā)資金，還與電動(dòng)汽車(chē)電機提供商ZENN公司達成了戰略合作。然而，數年研發(fā)后，多名參與此項研究的科學(xué)家最后得出了令人遺憾的結論：我們很想打破超級電容器的市場(chǎng)僵局，但現有技術(shù)無(wú)法實(shí)現這一目標。EEStor以失敗告終。

它的失敗也使得很多資本對超級電容器的研發(fā)持觀(guān)望態(tài)度，二十年來(lái)，超級電容器的技術(shù)進(jìn)展并不是很快。盡管超級電容器的制作成本每年都在以低于10%的比例減少，但這項技術(shù)目前還有太大的進(jìn)步空間。

超級電容提升能量密度后可以做電動(dòng)汽車(chē)動(dòng)力源，我國早就開(kāi)始利用這一技術(shù)。2010年上海世博會(huì )中曾經(jīng)展示了36輛超級電容公交車(chē)，這些公交車(chē)已經(jīng)穩定運營(yíng)了較長(cháng)時(shí)間，直到現在還在正常運營(yíng)中。

但這種技術(shù)并沒(méi)有普及到其他路線(xiàn)和其他城市。這還是因為能量密度低導致的“續航里程”問(wèn)題。雖然充電時(shí)間大大縮短，充電一次只需幾分鐘，但只能維持大約 40 公里的路程。在最初使用中，公交車(chē)甚至每停一站就需要充一次電。

有續航憂(yōu)慮，是因為這些超級電容的能量密度甚至還不如鋰電池，最根本的原因是，超級電容里的碳系材料的介電常數依然不夠高。

全世界都在尋找介電常數更高的材料，也就是那一層絕緣片的合適材料。那一層絕緣片的介電常數越高、越薄、本身耐壓越高，那么電容的容量就可以越大，也就是能量密度就越高。

中國的技術(shù)努力

近期，有報道稱(chēng)，某頭部國有汽車(chē)集團的研究室在2020年發(fā)現了一種全新的陶瓷材料——鈦酸銣功能陶瓷。這種材料和其他任何人類(lèi)已知材料比起來(lái)，介電常數高的讓人不敢相信!

報道稱(chēng)，中國的這個(gè)研發(fā)團隊開(kāi)發(fā)出來(lái)的這種陶瓷片的介電常數比起全世界其他團隊高了十幾萬(wàn)倍，而且他們用這種全新的材料造出了超級電容。

這一超級電容有如下優(yōu)勢：

1)能量密度是普通鋰電池的 5~10 倍;

2)充電速度快，由于不經(jīng)過(guò)電能/化學(xué)能的轉化損耗，電能利用率高達 95%;

3)循環(huán)使用壽命長(cháng)，10~50 萬(wàn)次的充電循環(huán)，使用壽命≥ 10 年;

4)安全系數高，不存在易燃易爆物質(zhì);

5)綠色環(huán)保，無(wú)污染;

6)超低溫特性好，溫度范圍寬 -50 ℃～+170 ℃。

能量密度能達到普通鋰電池的5到10倍，那就是說(shuō)不僅是充電快，一次充電起碼能跑2500到5000 公里，續航里程的煩惱一掃而空。而且它的作用還不止于做動(dòng)力電池，這么強大的能量密度，這么高的“耐壓度”，做“緩沖儲能站”也是很合適的，可以順利解決電網(wǎng)瞬間承受問(wèn)題。

當然，很多好東西是在實(shí)驗室挺好使，實(shí)際量產(chǎn)就有麻煩。但是這家公司已經(jīng)表示，這種黑科技有望在“十四五”期間實(shí)現產(chǎn)業(yè)化應用，可適用于電動(dòng)汽車(chē)、可穿戴電子、高能武器系統等領(lǐng)域。

今年8月24日，中科院重慶綠色智能技術(shù)研究院研究員、博士生導師、重慶中科超容科技有限公司董事長(cháng)劉雙翼在接受媒體采訪(fǎng)時(shí)介紹說(shuō)，其研究的超級電容在高效能量收集、存儲等核心領(lǐng)域取得重大技術(shù)突破。

劉雙翼介紹說(shuō)：“很多用電器件，比如汽車(chē)或者重型卡車(chē)，如果它有電機，制動(dòng)時(shí)會(huì )產(chǎn)生很大的逆向電流，如果不利用回收就浪費了?！薄叭绻堰@部分電流回收到存儲器件里面儲起來(lái)，下次再用，會(huì )更加節能、增加電效率。如果電流特別大，就需要功率特別好的儲能器件來(lái)回收，電容器就發(fā)揮了作用。另一方面，如果短期內需要大功率輸出，比如重型機械啟動(dòng)，這時(shí)也需要用到電容器?！?/p>

從這一報道看，劉雙翼的超級電容器技術(shù)突出的是電機的制動(dòng)時(shí)的逆向電流由超級電容器儲存后，在啟動(dòng)時(shí)釋放。

國內的生產(chǎn)企業(yè)有哪些

雖然整體來(lái)說(shuō)研發(fā)速度并不快，但這一技術(shù)方向依舊吸引了很多企業(yè)，尤其是儲能成為大氣候之后，已經(jīng)有越來(lái)越多的企業(yè)介入超級電容的研發(fā)和生產(chǎn)。目前，超級電容概念龍頭上市公司有如下：

法拉電子：廈門(mén)法拉電子股份有限公司是一家專(zhuān)業(yè)從事薄膜電容器和薄膜電容器用金屬化膜制造與研發(fā)的上市公司。

美錦能源：美錦能源是超級電容器制造“元老”。在2019年，美錦能源推出了“超級電容炭”這一研究成果，并已經(jīng)進(jìn)入批量生產(chǎn)。

長(cháng)安汽車(chē)：公司與中國科學(xué)院山西煤炭化學(xué)研究所合作研制開(kāi)發(fā)的“超級電容器電極材料中試技術(shù)”暨電容炭的研制開(kāi)發(fā)項目取得重大進(jìn)展，已完成中試線(xiàn)的安裝調試，成功制備了高品質(zhì)電容炭，項目建成后有望實(shí)現電容炭的進(jìn)口替代。

ST金剛：2020年2月21日公司在互動(dòng)平臺表示，公司已獲“一種雙電層超級電容器的制備方法”的專(zhuān)利，專(zhuān)利號為200910309908X。

從超級電容材料生產(chǎn)企業(yè)來(lái)看，還有如下公司：

元力股份、江海股份、銅峰電子、振華科技、安凱客車(chē)、東方鉭業(yè)、凱恩股份、思源電氣、江蘇國泰等。這些公司都在深度布局超級電容，客戶(hù)遍布工業(yè)、新能源、儲能等各個(gè)領(lǐng)域。

超級電容就其性質(zhì)來(lái)說(shuō)，更適合應用在城市公交車(chē)輛上，以及機場(chǎng)的擺渡車(chē)、飛機的牽引車(chē)、大型物流場(chǎng)站和港口的集裝箱運輸和大的物流系統站內到短運輸車(chē)輛等這些領(lǐng)域。不過(guò)我國超級電容目前已經(jīng)到了擴大應用范圍，并進(jìn)行產(chǎn)業(yè)化的階段。

我國超級電容器產(chǎn)業(yè)市場(chǎng)規模由2011年的13.9億元增長(cháng)至2020年的約154.9億元，年均復合增長(cháng)率超過(guò)30.72%。未來(lái)受新能源電網(wǎng)、軌道交通、消費電子等下游應用領(lǐng)域快速增長(cháng)帶動(dòng)，預計2022年中國超級電容器市場(chǎng)規模有望達到200億元。