我们身边的“超级电容”

轨道交通。

太阳能。

风力发电。

智能电网。

【名词解释】超级电容器：是一种功率型的储能器件，通过电极材料与电解液界面形成双电层，或电极表面快速的氧化还原反应来储存电能。与普通电容器相比，相同重量下电能储存量和放电时间要大出成百上千倍，而功率只有普通电容器的1/10左右。

电动汽车电池领域被投下了一颗“深水炸弹”？近日，特斯拉透露其自主研发的新电池有可能是“无钴电池”，即“干电池技术+超级电容”组合，具体成分预计会在4月电池会议上进行说明。这迅速点燃了市场对电动汽车新一轮能源革命的热情。

伴随着新能源技术的突飞猛进，锂电池、燃料电池等相关产品技术备受关注，而同样作为储能装置的超级电容器在电动汽车上还鲜少被关注。事实上，超级电容器在风光储、家庭储能、地铁能量回收等多种储能领域都可应用，而在电动汽车领域，业界寄望它可以改变充电时间长的难题——充电往往只需要数秒。

那么，超级电容到底是什么“黑科技”，它真的适合用在电动汽车领域吗？对此，南方日报记者采访数位业内专家，揭秘超级电容。

南方日报记者 郜小平

本版图片均为资料图片

策划统筹：张志超 程鹏

充电速度以秒计超级电容已用在广州有轨电车

花城最美三月天，广州有轨电车在花丛中穿行。仔细观察，有轨电车头顶上没有如“蜘蛛网”般的电线，只有脚底两条细轨“镶嵌”在草皮上。

2014年底，广州有轨电车建成通车，其采用了单体容量达7000法拉的超级电容器组储能，和普通有轨电车相比，最大的特点是在行进中不用外部供电，利用停靠站台上落客时间完成充电，充电时间仅需25秒。就在你上下车的一瞬间，电车就已经满电蓄势待发。

华南师范大学化学学院新能源系主任、广东省新能源材料与器件专业实验教学示范中心主任舒东介绍，超级电容器主要通过双电层或赝电容原理储存电荷，前者是基于离子在多孔材料表面的吸脱附，后者主要是表面快速的氧化还原反应，因为反应通常发生在表面，因此超级电容器和电池相比储存电荷较少，能量密度不高，也正是因为反应发生在表面，电荷储存速度非常快，超级电容器具有很高的功率密度。

“打个比方，湿毛巾中的水，通过擦拭的办法可以快速取出少量表面吸附水，这相当于双电层电容；通过挤压和拧干的方式可取出毛巾中更多的水，这相当于赝电容。”他说，水就类似于电荷，擦拭的过程就相当于接触放电，如果要更多的电荷，就需要更大力气挤压。

相比之下，以往的储能设备是由电能转变成化学能，再由化学能转变成电能，两次转变能量有损失，超级电容器直接充电，再直接放电，其过程中并不发生化学反应。同时，由于这种储能过程是可逆的，超级电容器可以反复充放电数十万次，由于能量形式没有转变，损失也很小，充放电效率更高。

可回收制动能量广泛应用于地铁、飞机等场景

与广州有轨电车相似，超级电容以其环保、节能的优势，成为公共交通领域的一个解决方案。

“地铁上也会经常用到，例如地铁启动就是一个瞬时大电流过程，超级电容器就可以提供高电流和大量能量；而在地铁进站停车时，又是大电流释放过程，会摩擦发热，一般的电池承受不了，而超级电容器可以回收制动能量。”浙江合众新能源汽车工程院副院长邓晓光说。

邓晓光介绍，在工程机械领域，如庞大的挖掘机在启动时，瞬时间也同样需要大量的动力，此时超级电容器放电，挖掘机在运转过程中又逐步给超级电容器回电。

“风力发动机变桨系统、空客A380大飞机应急舱门系统，也同样用到了超级电容技术。”舒东说。

不仅如此，如高尔夫球车、机场摆渡车这类在特定区域内行驶的车辆，因其运行距离较短，也被认为可以使用超级电容器作为能源供应器件。

广汽新能源技术中心副部长刘太刚介绍，大电流放电是动力电池的弱点，电动汽车在启动、急加速时需要大电流放电，超级电容技术则有望弥补动力电池的不足。

不少车企也在投入超级电容技术研发，邓晓光在某国有车企工作时，也曾投入精力于此，“当时我们就探索，超级电容器与一些比较贵的电池搭配使用，超车、爬山等需要突然加速时，超级电容发挥瞬时电流‘pulse’（脉冲）一下，而当车辆平稳行进中则用锂电池持续放电”。

像短跑，耐力有限醉翁之意在固态电池领域？

尽管超级电容器在部分领域已较为成熟，但在乘用车，超级电容技术并没有真正应用起来。“超级电容并不能很好地持续输出能量，电动汽车也不能像有轨电车一样定点定线运行。因而电动汽车很难将超级电容器作为唯一的能量来源。”邓晓光说。

邓晓光说，在动力电池成本较高时，这种方式可以起到降成本的作用，但随着锂离子电池的成本不断下降，且性能逐步提升，也能放出大电流。“和电池相比，超级电容技术就像短跑，速度快，但耐力有限；电池像长跑，但速度不够快。”舒东说，车辆每次起步时需用到的动力较大，但这种情况占到用车过程可能只有1%，而且电容器增加了体积、重量，而能量密度并没有增加，单体成本还需要降低，应用范围也有限。“作为商业宣传无可厚非，但作为投资人，需要谨慎考虑。一项新技术的诞生，需要长期的积累，很难有横空出世的新技术。”

相比之下，特斯拉提出的无钴电池与干电池的应用，在业内看来是一种趋势。刘太刚也介绍，目前动力电池的续航普遍提升到了五六百公里，动力电池也会不断升级，例如固态电池会是一个很好的方向，既可以很好地解决如着火等安全问题，也在能量密度与成本之间可以很好地平衡，甚至使800到1000公里的续航也成为可能，超级电容器的优势并不能凸显出来。

醉翁之意不在酒？方正证券则在报告中表示，超级电容电极极片的制造工艺分为干电极与湿电极两种技术，特斯拉收购美国超级电容器生产商Maxwell或许主要看中Maxwell独有干电极工艺，并借鉴到电池极片生产工艺，为后面的固态电池生产做技术储备。