水果之王变储能之王，能否弥补锂电池的短板？
最后更新：2020-04-20 13:23:57 手机定位技术交流文章
不久前，现代汽车为广大电动汽车用户发布了五条热心的充电建议。它不仅让大多数车主对如何正确充电有了一定的了解，还从基本概念上改变了消费者对电动汽车和燃油汽车的看法。此外，作者还提到，当动力电池处于极限工作状态(即大电流放电/返回)时，动力电池会因锂枝晶的存在而不稳定，甚至有影响电池安全的因素。
当我们看得更远的时候，我们会发现不仅有一个电池，还有一个超级电容器，可以充电、放电和储存电能。最近，悉尼大学的一组专家从榴莲中发现了适合超级电容器的材料。
在中小学的教室里，我们看到了老师用动物和水果点亮小灯泡的实验，这是为了传达生物电的概念。悉尼大学化学与生物工程学院的副教授文森特·戈梅斯在《能量储存杂志》上有一个大胆的发现:制造超级电容器材料的有效成分可以从剩余的榴莲和菠萝蜜残渣中提取出来。
通过高压灭菌，戈麦斯的团队去除了榴莲和菠萝蜜核中的杂质，并将它们冷冻在零下80度的环境中。经过高温处理，最终生产出一批性能良好的炭气凝胶原料。近年来，材料专家也一直试图从其他天然植物的果皮，如西瓜和葡萄柚，甚至果肉中制造碳气凝胶。
所谓的超级电容器不同于我们所知的普通电池。普通电池需要通过内置活性物质的化学反应来储存电能。然而，超级电容器通过极化电解质储存能量。由于储能过程不经历化学反应，储能过程是可逆的，因此超级电容器可以重复充电和放电几十万次。超级电容器一般采用活性炭电极材料，具有吸附面积大、静电容量大的特点，广泛应用于新能源汽车。
对于各种类型的动力电池来说，数十万次的充电和放电是很困难的。它具有充电时间短、使用寿命长、温度特性好、节能环保等特点。还能提供超高电流功率；作为车辆启动电源，启动效率和可靠性都比传统蓄电池高，可以完全或部分替代传统蓄电池；用于车辆的牵引能量可以生产电动车辆，替代传统的内燃机，并改造现有的无轨电车。
正是由于超级电容器的突出优势，世界各国，尤其是发达国家，都在不遗余力地研发超级电容器。其中，美、日、俄等国不仅在R&D和生产上处于领先地位，而且还设立了专门的国家管理机构，如美、日、俄、REVA等，这些机构被纳入国家发展计划，并得到国家的大力投入和人力的积极推动。
在商用车辆领域，超级电容器也涉足其中。例如，使用超级电容器的公共汽车已经在日本和俄罗斯投入使用。他们可以行驶20公里，只需在车站充电20秒。在中国，上海也在几年前将超级电容公交车作为城市交通干线投入运营。甚至有使用超级电容器的火车。
超级电容器的优点确实很好，但它的短板也很突出。快速充放电的超级电容器的电压比电池组低，不能储存太多能量。能量密度只有锂电池的十分之一。
根据实验数据，戈麦斯团队添加到超级电容器中的榴莲籽炭气凝胶的质量能量密度达到了82.5瓦时/千克(wh/kg)，远远优于传统的20wh/kg超级电容器。然而，现有汽车市场上纯电动汽车电池的质量能量密度约为350瓦时/千克。此外，超级电容器本身容易发生电解液泄漏，仅适用于DC电路等短板。
然而，由于其独特的特性，也有零件制造商用锂电池补充超级电容器。根据广西大学电气工程学院和福州大学在混合储能领域的研究，可以通过逻辑阈值控制策略来分配功率。简而言之，超级电容器被当作“蓄水池”。当电机处于驱动或制动模式时，锂电池组承担吸收功率需求的基本驱动或制动，超级电容模块承担超过基本功率的功率。或者，可以通过模糊控制器适当调整超级电容器的充放电功率，以保证超级电容器的充电状态保持在能够有效响应高频分量波动的最佳工作区间内；为了减少超级电容状态调整造成的电池寿命损失。
随着电池技术的发展，我们对能源消耗的需求已经从控制大气环境的“初级阶段”转移到如何更精确、更优化地使用能源的“高级阶段”。从电动汽车是否需要多档变速箱到今天动力电池的“混合动力”，我相信新能源将继续发展，并在科技的推动下大步前进。
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