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新材料大幅提升超电容器存储能力

作者: 来源:综合报道 发布时间:2012-03-15 浏览:
     中国储能网讯:新型电极都有4至5纳米宽的孔隙,高孔隙率具有高表面积,可以存储大量的电荷。
 
    有一家新创公司名为纳米屯公司(Nanotune),这家公司说,它的超级电容器(ultracapacitor)技术可以使电动汽车更便宜,而且延长行驶里程。该公司位于加州(California)山景城(Mountain View),公司开发出一种方法,用以制备电极,制成的超级电容器具有5至7倍的存储能力,这是对比传统超电容器而言。
 
    能量海绵:显微镜图像:显示多孔结构的新电极材料,有助于提高超级电容器存储容量。来源:麻省理工科技创业 
 
    传统超级电容器具有优势,可以提供快速爆发的功率,可充电几十万次,不会损失太多的容量,但是太昂贵,储存能量太少,难以更换电池。
 
    然而,纳米屯公司已经筹集到300万美元,这些资金是来自风险投资公司德丰杰公司(Draper Fisher Jurvetson),纳米屯公司表示,它的超级电容器已经快要竞争过一些电池的能量储存,可能很快会超过它们。使用传统的电解质,这家公司展示的能量存储是每千克20瓦时,相对比的是大约5瓦时的传统超电容器。使用更昂贵的离子液体电解质,这家公司制备的超级电容器就可存储每千克35瓦时。到今年年底,该公司希望大体上翻番这一存储容量,纳米屯公司总裁黄宽才(Kuan-Tsae Huang)说。达到每千克40瓦时,超级电容器的改进就超越了一些混合动力汽车使用的电池。
 
    最近几个月,几家新创公司宣布,他们正在利用纳米技术制成更好的超级电容器。每家公司都希望能有助于解决今天电动汽车的一个最大的问题:就是它们电池的高成本和有限的存储容量。例如,日产为了使它的电动汽车Leaf能被买得起,不得不限制电池的大小,结果是行驶里程只有73英里。
 
    从部分原因看,电池系统如此昂贵笨重是因为电池会退化,原因是它们被使用,尤其是会暴露于极端温度,这样,汽车制造商往往会加强它们,采用的是冷却和加热系统,添加额外的电池单元,弥补损失的性能,随着时间的推移就会这样。超级电容器可以回避这个问题,因为它们充电不会退化,可运行得很好,适应很大的温度范围。
 
    最后,黄宽才说,有可能使制成的超级电容器每千克存储500瓦时,这就提高了约3至4倍,这是对比锂离子电池而言,就是目前汽车使用的那种。实际效益可能更大。汽车往往设计为只使用一半的电池存储容量,以防止它们退化。但是几乎所有的超级电容器存储容量都可以使用。
 
    纳米屯公司的技术现在非常昂贵,在每千瓦时2400到6000美元之间(美国能源部提出的目标是每千瓦时250美元,这可使电动汽车竞争过常规汽车)。但是,纳米屯公司说,它的成本可以下降到低于每千瓦时150美元,条件是一些关键材料如电解质的价格继续下降,而且制造业扩大规模。
 
    公司的能量存储规划依赖几项进展,都正在研究。纳米屯公司目前正在制备的电极都有孔隙,这些孔隙约4至5纳米宽,但是公司说,可以把它们做得更小(高孔隙率导致高表面积,这使它可以存储大量的电荷),并可进行调整,以匹配所需的不同电解质,离子导电材料就是电极浸入的那种。
 
    公司还正在研究利用离子液体,而不是传统的有机电解液。这增加了系统电压,大大提高了能源储存,但它们通常不兼容传统的超级电容电极。最后,公司希望利用最近的学术成果,加入少量钌(ruthenium)到超级电容器中,这可以增加能量存储。
 
    纳米屯公司并不是第一家公司,声称制成的超级电容器具有非常高的储能。其他公司发现这个承诺很难实现。提高表面积可以提高的存储容量,也就只有这么多,因为在某些地方,存储受限于电解质中的离子。离子液体有助于这一点,但它们有重大缺陷,乔尔•辛达尔(Joel Schindall)说,他是麻省理工学院(MIT)电子工程和计算机科学教授。有家公司名为快帽系统公司(FastCap Systems),这家公司正在研发超电容器,使用的是碳纳米管,快帽公司就是他实验室的衍生公司。)离子液体非常昂贵,首先,有些可运作良好,但只是在有限的温度范围,这就使它们不适用于汽车。
 
    但是,辛达尔说,纳米屯公司可能达不到非常高的能量目标,但仍然可以改进有竞争力的电动汽车和混合动力汽车。有了耐用的超级电容器,甚至可使能源存储达到每千克100瓦时,这就接近锂离子电池,“那就太棒了。”
 
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关键字:新材料 超级电容器 储能

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