節(jié)選自《寧波中車新能源鄭超：儲能領(lǐng)域要提高能量密度，往混合型電容發(fā)展》

超級電容器能量密度比較低，這里面雖然很適合于一次調(diào)頻里面短時間功率補償，但是持續(xù)性還有一定的劣勢，所以綜合來看儲能里面無論是單一的儲能技術(shù)難以滿足整個儲能市場的需求，我們的想法就是能不能開發(fā)一種中間態(tài)，類似于兼具鋰電池和電容的特性，在傳統(tǒng)物理儲能技術(shù)上，通過雙電層儲能技術(shù)上引入了電化學(xué)儲能，構(gòu)建同時發(fā)揮鋰電儲能和物理儲能器件，實現(xiàn)鋰電和電容器并聯(lián)結(jié)構(gòu)的設(shè)計，通過用結(jié)構(gòu)設(shè)計能夠產(chǎn)生一種協(xié)同的效應(yīng)，他們也能突破能量密度瓶頸，同時還保持長壽命和高功率的特性。

第一代混合型電容器這里面主要講的鋰離子電容器，這里面正極是活性炭表面的吸附物理出能，負極是石墨，類似于正極是電容串聯(lián)負極里的電池，作為內(nèi)串型的結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)的好處就是負極采用用石墨替代傳統(tǒng)的活性炭之后將器件的工作電壓提升至3.8V，甚至4.2V，這樣就可以極大地提升能量密度，基本可以做到將近20Wh/kg。這個體系最大問題就是沒有鋰源，正極是物理吸附的過程，負極需要進行預(yù)嵌鋰。電池里面做高鎳也需要負極補鋰技術(shù)，現(xiàn)在直接把鋰粉摻到里面去，對于整個加工環(huán)節(jié)要求比較高，鋰粉可以用干粉方法做起來，目前這種方法在產(chǎn)業(yè)化推進過程中；第二補鋰技術(shù)，通過正極補鋰，通過第一次充電過程對負極進行預(yù)嵌鋰，跟傳統(tǒng)鋰電池工藝類似，這種方法可能還是比較適合于工程化放大。我們公司選用第一代混合電容器采用正極補鋰，負極是采用一種快充的復(fù)合的碳材料，采用干法加工技術(shù)，不通過干法電極加工方法解決了高富鋰材料不穩(wěn)定的特性，這種產(chǎn)品基本上容量可以做到17000F，這款產(chǎn)品最大的問題，能量密度還是比較低，雖說功率特定很好，壽命很長，但是總的度電成本跟傳統(tǒng)的動力電池相比還是不占優(yōu)勢的。

所以最近我們選擇開發(fā)一種混合電容，這里面很簡單，正極是多孔炭和傳統(tǒng)鋰電正極材料混合在一起，搭配著快充碳負極一起構(gòu)成混合電容器，這里面沒有了一個嚴(yán)格的充放電平臺，主要是放電曲線電容器是直線放電的趨勢，鋰電有一個平臺，這樣疊加以后有一種弧形。我們最早的產(chǎn)品是一款方形，在2016年研制成功的，已經(jīng)推廣市場應(yīng)用，主要用在軌道交通車輛里面，壽命在5萬次。最近我們實驗室研發(fā)的成果，最大脈沖功率能達到50kw/kg，類似于一種雙高的儲能器件，測了一下壽命的情況，10C充放電，2000多次循環(huán)容量保持率90%以上，穩(wěn)定還是比較好的。

展望一下超級電容器的發(fā)展，首先還是向低內(nèi)組，超高功率發(fā)展，主要應(yīng)用于大型脈沖電源里面，其次在車載儲能或者軌道交通里面、儲能領(lǐng)域還是要做提高能量密度，往混合型電容發(fā)展，這塊從多孔炭和鋰電材料混合是目前的主流，在未來如果解決固態(tài)電解質(zhì)以及界面的問題，這里面固態(tài)電容器也是我們在重點跟蹤的領(lǐng)域。產(chǎn)品開發(fā)主要結(jié)合活性炭磷酸鐵鋰，軌道交通市場這個對安全系數(shù)要求比較高，主要是鐵鋰穩(wěn)定性好一點，但是缺點鐵鋰導(dǎo)電性不太好，負極還是通過快充，極片控制在很薄大概一百微米以下的水平，負極基本可以做到50C充放的性能。在器件結(jié)構(gòu)上面還是選用常規(guī)鋰電里面的217127的結(jié)構(gòu)，比較通用的尺寸，這個尺寸我們做了一款產(chǎn)品，容量在7Ah，能量密度在45.6Wh/kg公斤，能夠?qū)崿F(xiàn)25C的可持續(xù)的充電，15C持久的放電，壽命大概在3萬次左右。這就是2.2V到3.5V充放電曲線，它基本是一個類似于直線型的，里面主要有一部分多孔炭的儲能，把這個充放電曲線給拉直了，容量在7Ah左右，倍率充電我們做了1C到30C的情況，在25C的時候，容量保持率81.27%，在倍率放電方面測試了1C到20C的放電情況，這款產(chǎn)品基本上溫升控制在10℃左右。通過HPPC電池的測試方法，測了內(nèi)阻的情況，直流內(nèi)阻在2.57毫，循環(huán)性能還在測，目前做的是2300次，容量保持率在90%以上，也跟同樣純的功率型磷酸鐵鋰電池相比，800次以后就衰減80%以下，加入多孔炭還是一種比較好的提升作用。最近在模組方面做了定制化工作，主要針對儲能市場，做了標(biāo)準(zhǔn)模組，儲存電量1.68度電，我們散熱主要采用一種強制風(fēng)冷的方式進行散熱，這里面主要是內(nèi)部設(shè)置三個風(fēng)道，通過抽風(fēng)風(fēng)扇的方式，強制散熱，也通過熱仿真的模擬，做了十個循環(huán)工況下面，看了溫升的情況，從仿真結(jié)果看溫差還是比較低的，溫差在3.6度左右。

小結(jié)一下，這種混合電容第一個有高倍率特性，具有10C以上充放電特性，可以減小儲能系統(tǒng)容量的配置；第二個具有3萬次以上的循環(huán)壽命，具有鉛酸電池或者鋰電池的10倍，第三個高安全特性，滿足一些特殊工況需求，特別是安全性要求比較高的時候，最后能量密度還是比較高，將近40~50Wh/kg，遠遠高于傳統(tǒng)的超級電容器。