探究超級電容器在電動汽車領域的科學應用

郭恒吉

摘 要：隨著能源危機的進一步加重以及人們保護環境意識的覺醒，對新能源的研究也提上了日程。近年來，國家大力扶持電動汽車的發展，然而，電能作為電動汽車的主要動力來源，然而，當前的電池技術卻無法滿足電動汽車的運行需求。超級電容器的特有優勢有利于電動汽車的進一步發展，然而，當前市面上的超級電容器還存在很多問題，因此，本文就當前超級電容器存在的問題及改革措施做了一定的探究，希望相關部門通過改革，促進電動汽車的發展。

關鍵詞：電動汽車;電容器;改進措施

一、什么是超級電容器

所謂超級電容器是指具有溫度特性好、充電快、節能、壽命長、綠色和環保等特點的新型儲能裝置。超大容量電容器、雙電層電容器、電化學電容器、法拉電容、黃金電容都是其別稱。近十幾年來材料科學的突破為超級電容器的關鍵構件新型功率型儲能元件的出現創造了條件，也就是說，新型的超級電容器得以批量生產也是近幾年的事。

超級電容器的應用面特別廣，市場需求量很大，自其問市以來，就成為該領域內的新亮點。在日常生活中，很多和我們生活息息相關的諸如：電動汽車、電力鐵路、通信、消費性電子產品等眾多領域都有超級電容器的參與，因此其發展水平對大家來說意義重大。

二、超級電容器對于電動汽車的重要性

對于電動汽車來說，電源是其主要驅動力，因此電源技術的發展水平特別關鍵。電動汽車對電源的要求也很高，充放電時間、價格費用、能密度、壽命、可靠性和安全性都是其考慮的范圍。然而傳統的動力電池在以上幾個方面都存在這樣或者那樣的局限性，嚴重的阻礙著電動汽車的進一步發展，因此對電動汽車的電源革命迫在眉睫。相比之下，超級電容器的優勢就會特別明顯。其儲電能力特別強大，可以提供強大的電源，容量也遠遠的超過了傳統的動力電池，它的出現打破了電動汽車的發展障礙，憑借其特有的充電快、壽命長、節能環保等特點為電動汽車的發展做出了重大貢獻。

三、電動汽車的現狀

（一）發展勢頭良好

由于汽車尾氣排放量的與日劇增，城市的污染力度也隨之增加。這與國家所提倡的綠色環保截然相悖，因此國家對燃油汽車的支持力度顯然會大大減小。相反，更為清潔的電動汽車受到國家的大力發展，有了政府的支持再加上民眾的環保意識的提升，電動汽車的發展勢頭良好。

（二）進一步發展遭遇瓶頸

電動汽車雖然不需要直接使用化石燃料，排放量和污染量很小甚至可以忽略，比燃油汽車要環保的多。然而，電動汽車對電池的依賴度很大，在當今市場上的電池都存在很大的問題，低配的鉛酸電池太重;高配的鋰離子電池雖然相對輕便，能量也很大，但卻受限于放電速度;按理說，輕量級的超級電容器應該會更好一些，但是在實踐中還沒有達到預期的效果。總之對電動汽車的電源研究是電動汽車進一步發展的瓶頸。

四、目前市場上超級電容器存在的問題

（一）老化特征顯著

超級電容器的儲能功能是基于靜電存儲原理，而且碳電極有其特有的穩定性，所以因此超級電容器的壽命就會遠遠超傳統的蓄電池。老化是指在物理與化學性質的兩個維度來改變超級電容器的部件，從而造成超級電容器的老化進而造成性能的衰減，這種性能的衰減是不可逆的。超級電容器的老化還會影響到超級電容器的壽命，使電容器的壽命大大降低。

（二）超級電容器電極材料的選用難度大，研究深度有待加深

碳材料是超級電容器電極材料中最為實用的材料，也受到了人們的青睞，然而由于超級電容器的正級材料主要是規格比較大的活性炭，但他的成本太高，可以占到產品總價格的30%，價格的高昂直接造成了其推廣難度的增大。

目前，我國對碳納米管作為電極材料的用法主要有兩種方式。分別為加粘合劑成型法和直接經過濾加熱成型法。兩種方法各有利弊，都有利于超級電容器的發展。

然而，選碳納米管作為電化學超級電容器電極材料還有很多需要改進的地方。碳納米管的各項指標的偏差都會影響到電化學超級電容器的性能，貴金屬氧化物在很多領域的性能都優于其他的材料，但是資源的有限性、不可再生性以及價格的高昂嚴重的限制了它的發展。

總之，各種電極材料都有利弊，因此，選擇適合超級電容器的電極材料的難度很大。

五、改進措施

（一）改變超級電容器的物理構造

超級電容器之所以會老化，絕大程度上是因為它的物理構造，如果可以通過增加減壓裝置或者通過對容器的材質進行改進等措施來減緩超級電容器的老化速度。于此同時，超級電容器的性能也會得到一定的保障，壽命也會相應的延長。

（二）各種材料的電極材料相互配合

根據我們以上的分析，我們不難得出，每種材料的電極材料都各有利弊，因此單靠一種材料很難達到電動汽車的高運行要求。相反，如果將各種材料的電極材料相結合，達到優勢互補的效果。目前市面上就有應用該理念的電池系統，“內組合”式超級電容電池系統就是很典型的代表。把鋰離子電池的正極材料和活性炭材料的混合物相結合共同作為電極材料的正極，負極選用石墨材料，電解質選用鋰鹽，各種材料相互結合，共同組成一種新型的準電化學電容器，也就是雙電層電極和發生氧化還原的電極構成的不對稱超級電容器。因為它的功率特性由正極材料中的電化學行為決定的，所以這樣的組合就會大大提高電容器的比能量。

至于如何提高貴金屬氧化物電極的利用率，我們可以尋找其他更為便宜的金屬材料作為替代物來替代昂貴的金屬氧化物電極。比如用氧化錳來代替，這種資源更加廣泛、價格也相對合理，也更加環保，更適合高級電容器的發展。

六、結語

總之，電動汽車的推廣有利于環保社會的構建，也符合國家的政策導向，其大力發展應該受到社會各界的關注。超級電容器對于電動汽車來說意義重大，然而，目前超級電容器的發展并不完善，嚴重阻礙著電動汽車的發展，因此對電動汽車的動力來源超級電容器的改造迫在眉睫。因此本文詳細的介紹了超級電容器所存在的問題，并提出了相應的改善措施，希望相關部門可以從本文得到有建設性的意見，并做出改變，推動電動汽車的進一步發展。

參考文獻

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