革命性“混合超級電容”可望實(shí)現(xiàn)電池技術(shù)跨越式進(jìn)步

　　Ioxus Inc.日前發(fā)布了一種重大的電池結(jié)構(gòu)改良，將有助于縮減半導(dǎo)體和電池技術(shù)之間的差距──傳統(tǒng)電池技術(shù)由于必須依賴無法改變的化學(xué)反應(yīng)，成長腳步一直落后于半導(dǎo)體。

　　與采用主電池儲能的方式不同，他們僅根據(jù)個(gè)別設(shè)備的需求，分別饋送少量電能給這些設(shè)備－－這種嶄新的混合式電容器/電池僅針對鄰近設(shè)備的當(dāng)前電能用量儲存足夠使用的能量。Ioxus Inc.表示，通過定義一種全新的分布式能源架構(gòu)(distributed-energy architecture)，該公司已經(jīng)解決了“電池問題”。

　　“在許多應(yīng)用中，我們的混合型超電容器(hybrid ultra-capacitors)都優(yōu)于傳統(tǒng)電池結(jié)構(gòu)，”Ioxus聯(lián)合創(chuàng)辦人兼副總裁Chad Hall說?！爱?dāng)你需要少量或后備電源，我們便能提供可滿足這些需求的解決方案，而且完全沒有使用傳統(tǒng)電池時(shí)會遇到的問題?！?/P>

傳統(tǒng)架構(gòu)的超級電容(雙層電容)原理圖

　　該技術(shù)的適用領(lǐng)域包含了從簡單到極復(fù)雜的應(yīng)用。舉例來說，一個(gè)簡單的手電筒，只要用混合超電容器，就能在短短20秒內(nèi)充飽可用2小時(shí)的電量。而一個(gè)復(fù)雜的汽車再生剎車系統(tǒng)(regenerative braking system)也能改用混合超電容器，在每次剎車和停下來時(shí)進(jìn)行充電，而后，當(dāng)你踩下油門便可重新啟動汽車──這可望消除所有因汽車的停止和啟動所造成的污染。

　　在汽車應(yīng)用中，這種混合電容器能夠以更具成本效益的方法，嵌入在汽車的各個(gè)不同應(yīng)用中，它能夠儲存較少量的能源，為汽車的供電指示LED燈、車載電腦、電動車窗、電動門鎖以及安全系統(tǒng)提供所需電力。而當(dāng)汽車的主電池完全失效時(shí)，所有由混合式超級電容器提供電力的系統(tǒng)仍能順利運(yùn)作。此外，Ioxus公司也估計(jì)，若電動汽車采用這種分布式的混合式超級電容器，來取代原有單一大型集中式電池的設(shè)計(jì)，將能減少約20～30磅(約9～14KG)的重量。

　　市場上也有少數(shù)其他廠商聲稱擁有類似于Ioxus的混合動力超電容器，但這些產(chǎn)品都缺乏Ioxus的獨(dú)特整合特性。例如，Evans Capacitor Co.公司推出了具備更高電壓的低能量混合電容器，但與Ioxus的混合型超電容器相比，它更類似于一種獨(dú)立型超電容器。而JM Energy Corp.公司也開發(fā)了“鋰離子電容器”，但同樣的，與Ioxus的混合型超電容器相比，它更像是一個(gè)鋰離子電池。Ioxus也強(qiáng)調(diào)，該公司擁有的知識產(chǎn)權(quán)，使其產(chǎn)品的運(yùn)作效能更優(yōu)于Evan和JM Energy的產(chǎn)品。

“混合式超級電容器”如何工作？

　　Ioxus的混合型超電容器結(jié)合了一種在分隔的絕緣板上累積電荷的電容器架構(gòu)，以及化學(xué)儲存的鋰離子電池。這個(gè)采用與鋰子電池相同化學(xué)品的混合型超電容器，將這些化學(xué)品分散到固態(tài)電極的表面，而不是將這些化學(xué)品嵌入到多孔電極中──這種緩慢的“插入”(intercalation)過程是進(jìn)行充放電時(shí)所必要的。

　　因此，Ioxus的混合超電容器可以在幾乎任何速率下進(jìn)行充電和放電，這使其能夠依照應(yīng)用所需，去耗盡及釋出大量或微小的電流。只有一個(gè)缺點(diǎn)：它們無法儲存像傳統(tǒng)電池那樣多的電量，而且無法長久儲存，不過，分布式架構(gòu)可以補(bǔ)償這些缺陷，Ioxus表示。

內(nèi)置鋰離子電池的Ioxus混合超電容器采用分布式儲存架構(gòu)，其運(yùn)作效能甚至比該技術(shù)本身更加優(yōu)良

　　“混合電容器可用來添加在需要供給能源的地方，”Hall說?！八麄兡軆Υ姹葐我恍统娙萜鞲嗟哪芰?，而且，與鋰離子電池相比，它可承受幾乎無限量的充放電循環(huán)次數(shù)。”

　　混合型超電容器無法儲存和鋰離子電池一樣多的電量，但它們可儲存的電量大約會比單一型超電容器多出一倍，再加上幾乎無限次數(shù)的充/放電循環(huán)特性。大部份的鋰離子電池僅有數(shù)百次的充/放電周期，而一些強(qiáng)調(diào)長效應(yīng)用的版本，其充/放電次數(shù)也局限在數(shù)千次。但混合型超電容器的充/放電次數(shù)通常是其產(chǎn)品壽命的好幾倍－－Ioxus的測試顯示其產(chǎn)品充放電過期可超過2萬次。

　　混合型超電容器還可提供比當(dāng)前最強(qiáng)大的電池更高的即時(shí)啟動電源──高達(dá)每千克5kW，其他更高價(jià)的電池可能僅能達(dá)到3kW/kg。Ioxus還聲稱，其混合型超電容器的能源效率可達(dá)95%，而最好的鋰離子電池則僅有70%。