滿足苛刻的復(fù)雜環(huán)境 解析超級(jí)電容技術(shù)

“超級(jí)電容”聽(tīng)上去，往往會(huì)令人覺(jué)得這是個(gè)很NB的家伙，作為一種新型的電能存儲(chǔ)元件，超級(jí)電容可以彌補(bǔ)現(xiàn)階段鋰離子電池在功率密度等方面的不足。目前，它已經(jīng)應(yīng)用于軍事、新能源汽車(chē)以及各種機(jī)電設(shè)備中，而當(dāng)其與鋰離子電池組成“交叉火力”時(shí)，即可大幅提升儲(chǔ)能元件的各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)，以滿足近乎苛刻的復(fù)雜的使用環(huán)境。

超級(jí)電容又叫雙電層電容，從結(jié)構(gòu)上來(lái)看，其與電解電容非常相似。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，如果在電解液中插入兩個(gè)電極，并施加一個(gè)電壓，這時(shí)電解液中的正、負(fù)離子在電場(chǎng)的作用下就會(huì)迅速向兩極運(yùn)動(dòng)，最終分別在兩個(gè)電極的表面形成緊密的電荷層，即雙電層。

電容的基本作用就是充電與放電，但由基本充、放電作用所延伸出來(lái)的許多電路現(xiàn)象，使得電容有著更豐富多彩的用途。在一般的電子電路中，常用電容器來(lái)實(shí)現(xiàn)旁路、耦合、濾波、振蕩、相移以及波形變換等，這些作用都是充、放電功能的演變。而根據(jù)超級(jí)電容的種種特性，其更多的被應(yīng)用于能源領(lǐng)域，通常被作為電池來(lái)使用。

● 超級(jí)電容的優(yōu)劣勢(shì)

相比鉛酸電池、鎳鎘電池、鋰離子電池，超級(jí)電容具有節(jié)能、超長(zhǎng)使用壽命、安全、環(huán)保、寬溫度范圍、無(wú)需人工維護(hù)等優(yōu)點(diǎn)。由于超級(jí)電容是采用物理的方法來(lái)儲(chǔ)能，所以其最為重要的一個(gè)特點(diǎn)就是功率密度很大，我們可以將其理解為充、放電迅速且可以瞬間吸收或釋放極高的能量，這也是目前任何電池都做不到的。

● 超級(jí)電容所應(yīng)用的領(lǐng)域

在了解了超級(jí)電容的一些概況后，我們來(lái)看看目前它所應(yīng)用的領(lǐng)域。首先，任何新技術(shù)的產(chǎn)生和發(fā)展往往會(huì)最先應(yīng)用于軍事領(lǐng)域，超級(jí)電容的研發(fā)初衷是不是亦如此，我們不甚了解，但是在復(fù)雜的戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境下，超級(jí)電容的確有著特殊的優(yōu)勢(shì)存在。前面所提到的寬溫度范圍（通常在-40℃-65℃之間）以及高功率密度的特點(diǎn)，可以保證坦克、裝甲車(chē)等大馬力的軍事車(chē)輛的順利啟動(dòng)，特別是在寒冷的冬季，而它高功率密度的特點(diǎn)還可作為激光武器的脈沖能源。

在民用領(lǐng)域，超級(jí)電容也發(fā)揮著巨大的作用。比如可用于照相機(jī)閃光燈的供電，其可以使閃光燈達(dá)到連續(xù)使用的性能，從而提高照相機(jī)連續(xù)拍攝的能力，同時(shí)超級(jí)電容還可以用來(lái)對(duì)相機(jī)快門(mén)進(jìn)行控制。另外，隨著電子與能源工業(yè)的發(fā)展，超級(jí)電容在短時(shí)UPS系統(tǒng)、太陽(yáng)能電源系統(tǒng)等免維護(hù)系統(tǒng)上具有不可替代的作用。

由于超級(jí)電容能夠進(jìn)行高功率的充、放電，根據(jù)這一特點(diǎn)，超級(jí)電容可以應(yīng)用在一些交通工具上，將列車(chē)或者大型客車(chē)的剎車(chē)能量?jī)?chǔ)存起來(lái)，在加速時(shí)提供峰值功率的輸出。由于充、放電速度很快，在車(chē)輛進(jìn)站上下人的短暫時(shí)間里，即可瞬間將超級(jí)電容充滿電，并且足夠跑到下一個(gè)站點(diǎn)。這樣就使得車(chē)輛無(wú)需背負(fù)著受電弓，而且不再需要沿途架設(shè)高壓線，這無(wú)疑降低了建設(shè)成本。

在目前主流的電池技術(shù)上，鋰電池和超級(jí)電容技術(shù)可謂各有長(zhǎng)短。鋰離子電池能量?jī)?chǔ)存密度高，超級(jí)電容的功率儲(chǔ)存密度高，大量的研究工作集中于提高鋰離子電池的功率密度或增加超級(jí)電容的能量?jī)?chǔ)存密度這兩個(gè)領(lǐng)域，但挑戰(zhàn)十分巨大。但是當(dāng)我們把二者結(jié)合在一起時(shí)，這樣的電池就愈加完美了。

特別是在大型客車(chē)方面，由于制動(dòng)瞬間會(huì)比小型轎車(chē)有更大的能量產(chǎn)生，所以通過(guò)超級(jí)電容可以很好的吸收這部分能量，在車(chē)輛起步或急加速時(shí)，通過(guò)超級(jí)電容又可以將這部分能量迅速釋放掉，而在平時(shí)小功率的能量轉(zhuǎn)換時(shí)，又可以依靠鋰離子電池來(lái)完成，所以這種“混搭”的電池技術(shù)突破了現(xiàn)階段某一種類(lèi)型的電池在技術(shù)上的瓶頸，堪稱(chēng)完美。

全文總結(jié)：

雖然超級(jí)電容有著種種的優(yōu)點(diǎn)，但是其能量密度低的短板還是限制其在新能源汽車(chē)領(lǐng)域一展拳腳。根據(jù)目前的技術(shù)發(fā)展水平，超級(jí)電容與鋰離子電池的組合可謂取長(zhǎng)補(bǔ)短，基本滿足了人們對(duì)電池的高能量密度和高功率密度的需求。個(gè)人覺(jué)得，基于電容的基本物理結(jié)構(gòu)，其很難在能量密度方面有所突破，但是這并不妨礙它與內(nèi)燃機(jī)組成混合動(dòng)力系統(tǒng)以及在其它領(lǐng)域發(fā)揮著自己的優(yōu)勢(shì)與特長(zhǎng)。