超級電容與鋰電技術路徑之爭：并行不悖

　　歐盟于2013年10月正式啟動石墨烯旗艦項目(FET),利用高強度、高導電石墨烯薄膜材料提升電容器物理性能為其探索方向之一,并取得階段性成果。

　　超級電容在某些特定應用場景優勢明顯。相較于化學電池,超級電容具有瞬間釋放大功率、使用壽命長,低溫性能好等優勢,廣泛應于新能源汽車的某些特定領域。如Maxwell生產的超級電容器主要應用于混合動力客車制動能量回收系統、軌道交通的車載儲能系統以及重型卡車的啟動電源等方面。但其最大瓶頸為能量密度低(工業化應用的一般為蓄電池的5-15%),較難作為動力來源單獨提供能源,未來技術發展方向為提升能量密度以及對高電壓工作環境的適應性。

　　“超級電容有望替代電池”論斷尚無可靠依據。1)盡管引入石墨稀后,超級電容的能量密度將大幅提升,但仍遠低于鋰電,完美實驗下(13年)超級電容能量密度為74wh/kg,而tesla所用電池能量密度近200wh/kg;另據麻省理工JoelSchindall預測,即使樂觀假設,未來幾年其工業化量產的儲能能力最終也僅能達到電池的25%左右。2)超級電容工業化應用路途漫長。如AndreGEIM教授(因研制石墨烯材料獲得2010年物理諾獎)所言,大功率超級電容器生產制造工藝復雜,還需繼續探索經濟合理的規模化生產工藝,并克服產品質量控制、工藝磨合等工業化進程中的阻礙。

　　鋰電也處于技術自我突破期,引入石墨烯材料亦有望提升電池性能。近十年來,工業應用的鋰電能量密度已由100wh/kg提升至近200wh/kg,目前,除去嘗試新的正負極材料、在隔膜與負極材料方面引入涂覆工藝、納米技術等手段外,提高充電電壓提升能量密度亦取得突破進展(如電壓提高到5V左右,則以Li2MnO3-LiMO2為正極的鋰電池比容量可望超過250mAh/g);而此次旗艦項目旨在加速石墨烯材料商業化進程,石墨烯提升能源轉化和儲存效率的用于促進電池、電容及太陽能轉化效率提高等各方面的研究,電池亦有望從中受益,鋰電性能的提升仍有較大空間。

　　廣闊天地,并行不悖:作為能源系統的一部分,能量存儲環節亦關乎人們的生命財產安全,對其技術路徑的選擇需要全面和系統的考量,除物理性能之外,配套系統完善程度、安全性、經濟性均是重點考慮因素;以新能源汽車為例,動力系統需要能量存儲、轉化和控制三大環節的協同,不同的儲能方式需匹配相應的動力轉化和控制系統,以及基礎配套設施(如充電樁等)。因此,技術路徑之爭并非完全取決于電池和電容某一性能的暫時提升,而是其各自配套系統共同演進、提升性價比的較量;同時,電容和鋰電池性能方面互補,配合使用帶來能量密度及功率密度雙重提升,或是概率較大的一種演進路徑。我們認為,隨互聯網的應用、智能時代的到來,對能源、儲能的需求將幾何級數增長,儲能技術市場空間廣闊,且由于其性能考量的側重點不同,鋰電池、電容,甚至電池配套電容等更多技術路徑均將獲取各自適合的發展空間。