革命性“混合超級(jí)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(lài)無(wú)法改變的化學(xué)反應(yīng)，成長(zhǎng)腳步一直落后于半導(dǎo)體。

與采用主電池儲(chǔ)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(duì)鄰近設(shè)備的當(dāng)前電能用量?jī)?chǔ)存足夠使用的能量。Ioxus Inc.表示，通過(guò)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(wèn)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(shuō)。“當(dāng)你需要少量或后備電源，我們便能提供可滿(mǎn)足這些需求的解決方案，而且完全沒(méi)有使用傳統(tǒng)電池時(shí)會(huì)遇到的問(wèn)題。”

               傳統(tǒng)架構(gòu)的超級(jí)電容(雙層電容)原理圖

該技術(shù)的適用領(lǐng)域包含了從簡(jiǎn)單到極復(fù)雜的應(yīng)用。舉例來(lái)說(shuō)，一個(gè)簡(jiǎn)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(chē)再生剎車(chē)系統(tǒng)(regenerative braking system)也能改用混合超電容器，在每次剎車(chē)和停下來(lái)時(shí)進(jìn)行充電，而后，當(dāng)你踩下油門(mén)便可重新啟動(dòng)汽車(chē)──這可望消除所有因汽車(chē)的停止和啟動(dòng)所造成的污染。

在汽車(chē)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(chē)的各個(gè)不同應(yīng)用中，它能夠儲(chǔ)存較少量的能源，為汽車(chē)的供電指示LED燈、車(chē)載電腦、電動(dòng)車(chē)窗、電動(dòng)門(mén)鎖以及安全系統(tǒng)提供所需電力。而當(dāng)汽車(chē)的主電池完全失效時(shí)，所有由混合式超級(jí)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(dòng)汽車(chē)采用這種分布式的混合式超級(jí)電容器，來(lái)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(chǎng)上也有少數(shù)其他廠(chǎng)商聲稱(chēng)擁有類(lèi)似于Ioxus的混合動(dòng)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(lèi)似于一種獨(dú)立型超電容器。而JM Energy Corp.公司也開(kāi)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(shí)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(jí)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(chǔ)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(guò)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(wú)法儲(chǔ)存像傳統(tǒng)電池那樣多的電量，而且無(wú)法長(zhǎng)久儲(chǔ)存，不過(guò)，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(chǔ)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(lái)添加在需要供給能源的地方，”Hall說(shuō)。“他們能儲(chǔ)存比單一型超電容器更多的能量，而且，與鋰離子電池相比，它可承受幾乎無(wú)限量的充放電循環(huán)次數(shù)。”

混合型超電容器無(wú)法儲(chǔ)存和鋰離子電池一樣多的電量，但它們可儲(chǔ)存的電量大約會(huì)比單一型超電容器多出一倍，再加上幾乎無(wú)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(zhǎng)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(cè)試顯示其產(chǎn)品充放電過(guò)期可超過(guò)2萬(wàn)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(dòng)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(chēng)，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%。