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超級電容器的研發(fā)應(yīng)用取得新進展

鉅大鋰電  |  點擊量:0  |  2018年07月18日  

作為新型儲能裝置,超級電容器具有充電時間短、使用壽命長、溫度特性好、節(jié)約能源等特點,近年來廣受關(guān)注。國內(nèi)儲能技術(shù)正從小容量小規(guī)模的研究與示范向大容量規(guī)?;瘧?yīng)用發(fā)展。此次我國發(fā)布首個超級電容器基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn),對完善超級電容器標(biāo)準(zhǔn)體系、統(tǒng)一產(chǎn)品型號命名方法將起到重要作用。

近期,《超級電容器用有機電解液規(guī)范》已通過國家行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)審定會,是我國超級電容器材料方面的第一個行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。標(biāo)準(zhǔn)通過后,將有助于超級電容器電解液的規(guī)范化,推動中國超級電容器產(chǎn)業(yè)的技術(shù)進步。

超級電容器作為能源領(lǐng)域中的前沿技術(shù),我國在“十二五”期間就開始了相關(guān)研究。據(jù)研究報告,未來五年超級電容器的年復(fù)合增長率有望達到21.3%,我國市場的超級電容器需求達到全球市場的12.1%。一旦新能源汽車、儲能市場等應(yīng)用打開,市場將迎來快速增長。

多重利好推動超級電容器市場壯大

超級電容器廣泛應(yīng)用于輔助峰值功率、備用電源、存儲再生能量、替代電源等不同的應(yīng)用場景,在工業(yè)控制、風(fēng)光發(fā)電、交通工具、智能三表、電動工具、特種等領(lǐng)域具有非常廣闊的發(fā)展前景。

Maxwell高級應(yīng)用工程師李毅山博士指出,光伏發(fā)電過程中受天氣影響的輸出波動會影響并網(wǎng)電能質(zhì)量,而超級電容器儲能技術(shù)具有瞬時大功率充放電的特性,能有效平抑波動,穩(wěn)定其對電網(wǎng)的輸出。

超級電容器能幫助汽車、軌道交通以及可再生能源發(fā)電等領(lǐng)域更好地實現(xiàn)節(jié)能與減排,其未來市場將十分巨大。其中用于裝配在啟停系統(tǒng)車輛的超級電容器,預(yù)計到2020年全球市場將超過3.5億美元。

國外研究超級電容器起步較早,技術(shù)相對成熟。日、美、歐洲等均把超級電容器項目作為國家級的重點研究和開發(fā)項目,提出了近期和中長期發(fā)展計劃。美國的USMSC計劃、日本的NewSunshine計劃和歐洲的PNGU計劃均將超級電容器列入開發(fā)內(nèi)容。

國家工信部電子信息司去年就曾深度調(diào)研國內(nèi)電容企業(yè),制定產(chǎn)業(yè)相關(guān)政策扶持超容產(chǎn)業(yè)。財政部也對超級電容器產(chǎn)業(yè)進行了專門調(diào)研,了解我國超級電容器發(fā)展情況、技術(shù)水平和城市公交應(yīng)用等情況,并征求企業(yè)對新能源汽車補貼的意見。4月份,國家工信部發(fā)布《工業(yè)強基2016專項行動實施方案》,方案表示在核心基礎(chǔ)零部件領(lǐng)域中將重點扶持超級電容器的發(fā)展,多重利好推動超級電容器市場壯大。

超級電容企業(yè)資本布局動作頻頻

伴隨消費類電子技術(shù)的日新月異,對于電源的要求也越來越高,超級電容器可為鋰離子電源、燃料電池等主電源提供功率補償,提高電源品質(zhì)和延長電源使用壽命,得到市場人士的普遍認可,市場占有率逐年擴大。

作為典型的資本密集型產(chǎn)業(yè),超級電容器正處于快速發(fā)展階段。除了要在關(guān)鍵技術(shù)上繼續(xù)取得突破之外,擴大生產(chǎn)規(guī)模以達到較佳的規(guī)模效益,降低使用成本,以及深入了解不同行業(yè)的應(yīng)用需求,開發(fā)有針對性的技術(shù)解決方案,這些都是目前廠商們在市場競爭中的著力點。

江海股份收購日本ACT,與海外高??蒲袌F隊合作。公司開發(fā)的鋰離子超級電容器能量密度已大幅領(lǐng)先于行業(yè)水平,目前產(chǎn)品在新能源汽車、地鐵、電梯等領(lǐng)域送樣供貨,江海股份也有望成為行業(yè)新龍頭。

凱邁嘉華(洛陽)新能源有限公司車用超級電容器模塊對接宇通客車,打破了“洋貨”一統(tǒng)天下的局面,在國內(nèi)超級電容器行業(yè)中率先獲得新能源汽車上車資質(zhì)。公司擁有完全自主知識產(chǎn)權(quán)的超級電容器是一種新型儲能裝置,具有功率高、壽命長、免維護、節(jié)能環(huán)保等特點,應(yīng)用于新能源汽車、風(fēng)力發(fā)電、智能電網(wǎng)等領(lǐng)域。

江蘇國泰此次牽頭制定了《超級電容器用有機電解液規(guī)范》,有望借此擴大在超級電容領(lǐng)域的先發(fā)優(yōu)勢。國內(nèi)上市公司法拉電子、新宙邦、風(fēng)華高科、深圳惠程等,在超級電容市場都有不同深度的開發(fā)。

超級電容器商用化市場開發(fā)面臨困境

相比電池而言,能量密度并不是超級電容器的長項,而很多新技術(shù)比如通過石墨烯等新材料的應(yīng)用來提高其能量密度的研究方向其產(chǎn)業(yè)化也有待時日。目前,超級電容器與電池在新能源汽車中聯(lián)合使用,能夠提高電池的功率性能和循環(huán)壽命,正被業(yè)內(nèi)所看好。兩種儲能器件的聯(lián)合應(yīng)用必定會帶來更復(fù)雜的控制系統(tǒng),對汽車系統(tǒng)的整體穩(wěn)定性是一個大的考驗。

一種新的儲能技術(shù)進入大批量商用化市場所需的時間大約是10年,很多實驗室中感覺很有前途的技術(shù)并未獲得市場采用,原因就在于制造、材料和功能性問題,認識到解決了這些問題,喜悅也便多過憂慮了。

超級電容更多是作為動力電池的補充,在小幅增加成本的情況下大大提高系統(tǒng)的峰值輸出能力,或者減少動力電池短時間大電流放電的頻率。它僅在部分公交車上有所采用,并沒有在整個汽車行業(yè),尤其乘用車領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。

長安汽車曾表示超級電容續(xù)航里程未達到公司預(yù)期的標(biāo)準(zhǔn),暫不會使用。價格相對較高,充電一次只夠電動汽車行駛幾公里,每千瓦時的蓄能產(chǎn)品價格卻是電池的近10倍,實際運行的成本投入會很大。這個問題是超級電容器在電動汽車應(yīng)用上難以大量推廣、單獨使用的瓶頸。

步步為營破解超級電容器核心技術(shù)

作為典型的資本密集型產(chǎn)業(yè),超級電容器的關(guān)鍵技術(shù)仍需業(yè)內(nèi)人士的不斷創(chuàng)新與突破。

超級電容器的核心元件是電極,電極的制造工藝目前分為干電極與濕電極兩種技術(shù)。南京理工大學(xué)夏暉教授團隊成功合成了非晶FeOOH/石墨烯復(fù)合納米片,這種新型非晶材料將大幅降低超級電容器的成本,極大地推動其商業(yè)化。相比于結(jié)晶材料,非晶材料的合成溫度更低,大大降低了電極材料的合成成本。

非晶材料結(jié)構(gòu)也更加穩(wěn)定,體積可調(diào)控。然而美中不足的是,非晶材料較差的導(dǎo)電性在一定程度上限制了超級電容性能的提高。

此外,大連理工大學(xué)化工與環(huán)境生命學(xué)部教授邱介山領(lǐng)銜的能源材料化工學(xué)術(shù)團隊,在高性能儲能設(shè)備所用儲能材料的研究方面也取得新進展。這項調(diào)控碳基材料的表/界面的新技術(shù),為拓展和深化高性能碳基超級電容器電極材料的設(shè)計與構(gòu)筑開辟了新的技術(shù)途徑,也為高性能二維納米碳材料的設(shè)計合成提供了新思路。

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