探究超级电容器在电动汽车领域的科学应用

郭恒吉

摘 要：随着能源危机的进一步加重以及人们保护环境意识的觉醒，对新能源的研究也提上了日程。近年来，国家大力扶持电动汽车的发展，然而，电能作为电动汽车的主要动力来源，然而，当前的电池技术却无法满足电动汽车的运行需求。超级电容器的特有优势有利于电动汽车的进一步发展，然而，当前市面上的超级电容器还存在很多问题，因此，本文就当前超级电容器存在的问题及改革措施做了一定的探究，希望相关部门通过改革，促进电动汽车的发展。

关键词：电动汽车;电容器;改进措施

一、什么是超级电容器

所谓超级电容器是指具有温度特性好、充电快、节能、寿命长、绿色和环保等特点的新型储能装置。超大容量电容器、双电层电容器、电化学电容器、法拉电容、黄金电容都是其别称。近十几年来材料科学的突破为超级电容器的关键构件新型功率型储能元件的出现创造了条件，也就是说，新型的超级电容器得以批量生产也是近几年的事。

超级电容器的应用面特别广，市场需求量很大，自其问市以来，就成为该领域内的新亮点。在日常生活中，很多和我们生活息息相关的诸如：电动汽车、电力铁路、通信、消费性电子产品等众多领域都有超级电容器的参与，因此其发展水平对大家来说意义重大。

二、超级电容器对于电动汽车的重要性

对于电动汽车来说，电源是其主要驱动力，因此电源技术的发展水平特别关键。电动汽车对电源的要求也很高，充放电时间、价格费用、能密度、寿命、可靠性和安全性都是其考虑的范围。然而传统的动力电池在以上几个方面都存在这样或者那样的局限性，严重的阻碍着电动汽车的进一步发展，因此对电动汽车的电源革命迫在眉睫。相比之下，超级电容器的优势就会特别明显。其储电能力特别强大，可以提供强大的电源，容量也远远的超过了传统的动力电池，它的出现打破了电动汽车的发展障碍，凭借其特有的充电快、寿命长、节能环保等特点为电动汽车的发展做出了重大贡献。

三、电动汽车的现状

（一）发展势头良好

由于汽车尾气排放量的与日剧增，城市的污染力度也随之增加。这与国家所提倡的绿色环保截然相悖，因此国家对燃油汽车的支持力度显然会大大減小。相反，更为清洁的电动汽车受到国家的大力发展，有了政府的支持再加上民众的环保意识的提升，电动汽车的发展势头良好。

（二）进一步发展遭遇瓶颈

电动汽车虽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，比燃油汽车要环保的多。然而，电动汽车对电池的依赖度很大，在当今市场上的电池都存在很大的问题，低配的铅酸电池太重;高配的锂离子电池虽然相对轻便，能量也很大，但却受限于放电速度;按理说，轻量级的超级电容器应该会更好一些，但是在实践中还没有达到预期的效果。总之对电动汽车的电源研究是电动汽车进一步发展的瓶颈。

四、目前市场上超级电容器存在的问题

（一）老化特征显著

超级电容器的储能功能是基于静电存储原理，而且碳电极有其特有的稳定性，所以因此超级电容器的寿命就会远远超传统的蓄电池。老化是指在物理与化学性质的两个维度来改变超级电容器的部件，从而造成超级电容器的老化进而造成性能的衰减，这种性能的衰减是不可逆的。超级电容器的老化还会影响到超级电容器的寿命，使电容器的寿命大大降低。

（二）超级电容器电极材料的选用难度大，研究深度有待加深

碳材料是超级电容器电极材料中最为实用的材料，也受到了人们的青睐，然而由于超级电容器的正级材料主要是规格比较大的活性炭，但他的成本太高，可以占到产品总价格的30%，价格的高昂直接造成了其推广难度的增大。

目前，我国对碳纳米管作为电极材料的用法主要有两种方式。分别为加粘合剂成型法和直接经过滤加热成型法。两种方法各有利弊，都有利于超级电容器的发展。

然而，选碳纳米管作为电化学超级电容器电极材料还有很多需要改进的地方。碳纳米管的各项指标的偏差都会影响到电化学超级电容器的性能，贵金属氧化物在很多领域的性能都优于其他的材料，但是资源的有限性、不可再生性以及价格的高昂严重的限制了它的发展。

总之，各种电极材料都有利弊，因此，选择适合超级电容器的电极材料的难度很大。

五、改进措施

（一）改变超级电容器的物理构造

超级电容器之所以会老化，绝大程度上是因为它的物理构造，如果可以通过增加减压装置或者通过对容器的材质进行改进等措施来减缓超级电容器的老化速度。于此同时，超级电容器的性能也会得到一定的保障，寿命也会相应的延长。

（二）各种材料的电极材料相互配合

根据我们以上的分析，我们不难得出，每种材料的电极材料都各有利弊，因此单靠一种材料很难达到电动汽车的高运行要求。相反，如果将各种材料的电极材料相结合，达到优势互补的效果。目前市面上就有应用该理念的电池系统，“内组合”式超级电容电池系统就是很典型的代表。把锂离子电池的正极材料和活性炭材料的混合物相结合共同作为电极材料的正极，负极选用石墨材料，电解质选用锂盐，各种材料相互结合，共同组成一种新型的准电化学电容器，也就是双电层电极和发生氧化还原的电极构成的不对称超级电容器。因为它的功率特性由正极材料中的电化学行为决定的，所以这样的组合就会大大提高电容器的比能量。

至于如何提高贵金属氧化物电极的利用率，我们可以寻找其他更为便宜的金属材料作为替代物来替代昂贵的金属氧化物电极。比如用氧化锰来代替，这种资源更加广泛、价格也相对合理，也更加环保，更适合高级电容器的发展。

六、结语

总之，电动汽车的推广有利于环保社会的构建，也符合国家的政策导向，其大力发展应该受到社会各界的关注。超级电容器对于电动汽车来说意义重大，然而，目前超级电容器的发展并不完善，严重阻碍着电动汽车的发展，因此对电动汽车的动力来源超级电容器的改造迫在眉睫。因此本文详细的介绍了超级电容器所存在的问题，并提出了相应的改善措施，希望相关部门可以从本文得到有建设性的意见，并做出改变，推动电动汽车的进一步发展。

参考文献

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[2]高飞，杨凯，惠东，等.储能用磷酸铁锂电池循环寿命的能量分析[J].中国电机工程学报，2013，33（5）：41-45.