充电贼快!新型混合超级电容器功率密度是锂电池10倍 能量密度与镍氢电池相当

据报道,澳洲昆士兰科技大学(Queensland University of Technology)的研究人员近期设计出了一种混合超级电容,并承诺这种超级电容几乎可以瞬间充放电,其能量存储能力大大提高,与镍氢电池(NiMH)不相上下。

首先,这里需要理解的关键概念是能量密度(Wh/kg)和功率密度(W/kg)。具体而言,能量密度指的是设备每重量可存储的总能量,而功率密度指的则是设备在充电和放电时能量流入和流出的速度。

锂电池以化学形式储存能量,由于其能量密度相对较高而得到广泛应用,但智能手机或电动汽车的用户都知道,锂电池充电速度相当慢。另一方面,超级电容器是以静态方式储存能量,而不是以化学形式存储,这意味着它们可以更快地充放电,而不会破坏内部结构。因此,它们有非常高的功率密度,但由于其能量密度比化学电池低得多,迟迟无法展露其锋芒。

不过,有一种设备的属性介于上述两者之间——混合超级电容器,它在这两个指标上都处于中间位置,储存的能量比普通超级电容器多得多,同时充电速度几乎一样快。通过它,汽车或手机电池的续航时间虽然不会延长,但充电速度会变得很快,续航里程可能不再是问题。

在最近的一项研究中,昆士兰科技大学的研究团队使用了一种电容式碳化钛负极和电池式石墨烯混合正极的设计。研究人员称,其结果是一种混合电容器,功率密度(充电能力)是锂电池的10倍左右,能量密度接近镍金属氢化物电池。

经过了一系列的测试,数据也是十分惊人:其能量密度可达73 Wh/kg,约为当今最先进电动汽车电池的28%,以及高达1600 W/kg的超高功率密度,而一般锂电池的功率密度仅为250-340 W/kg。

研究人员打了这样一个比方,即假设Tesla Model S Plaid+推出一个可选电池包,不是520英里(837公里)的续航里程,而是145英里(233公里),但你的充电速度至少提高五倍,是否更吸引你呢?

不过,要达到这样的充电效率,基础设施将成为未来最大的挑战。要知道,超高速充电站将进入兆瓦级范围,除非它们在现场有巨大的储能能力,否则将给能源网带来极大的压力。

不仅如此,那些疯狂喜欢推背感的“加速狂人”可能还会欣喜地注意到,功率密度是双向的,这意味着电池组不会阻碍真正巨大的功率输出。在当今的Plaid + Tesla拥有惊人的1100匹以上马力的情况下,基于超级电容的混合动力汽车的电池组将可以为发动机提供5倍的动力。

此外,研究团队还惊喜地发现,这种混合动力电池的续航时间是锂电池的两倍,在1万次充满充放电循环后,仍能保留90%的初始存储容量。

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