电动车新型电池成功突破获最高能量密度,循
最近电动汽车新型电池的研发及量产真是百花齐放！行业专家预测，年前，电动汽车电池技术将呈指数级的方式飞速发展。
电动汽车行业对动力电池的追求有高能量密度，高循环寿命，快速充电能力等。目前几乎没有任何一种电池能同时满足这几种要求，但是锂离子电容器是最有希望的。
锂离子电容器是利用能够吸收锂离子的碳系材料作为负极材料，利用一般双电层电容器的原理，通过添加锂离子来提高能量密度的电容器。
正极和负极的充放电原理不同，正极通过物理双电层原理工作，而负极通过锂的氧化还原反应进行充电和放电。与传统电容器相比，高能量密度很大程度上是由于通过预掺杂增加了负极的伪静电电容。
锂离子电容器具有众多优势：非常高的功率密度，非常快速的充放电能力（达到秒），低内阻，低温和高温（最高70℃）的工作性能很好，非常小的自放电，不用维护，非常高的循环寿命（万次以上），安全性高。
所有这些优势都比锂离子电池强！但是唯一的短板是能量密度不如锂离子电池，这是限制它用作车辆或者电子产品动力电池的最重要的原因。
在应用上，它具备高功率中等能量密度，而锂离子电池具备中等功率高能量密度。因此，只要提升它的能量密度，它将完美地替代锂离子电池！
提升锂离子电容器的能量密度却不是一件容易的事，主要是在负极材料上进行设计，尽管研究进展比较缓慢，但是最近连续几个研究都获得了突破性的进展，能量密度已经开始接近锂离子电池。
首先，中国科学院电工研究所的研究人员将锂离子电容器的负极材料及结构进行了新的设计，他们在负极上引入了石墨烯材料，并在此基础上加入了氧化锰复合纳米材料，使用这种高性能的石墨烯基复合材料作为负极与活性炭正极进行组装制备出锂离子电容器。
经过测试，这种锂离子电容器的能量密度高达Wh/kg，为目前世界上锂离子电容器能量密度的最高值！此外，在经过次充放电循环后，该锂离子电容器的的容量保持率为77.8%。
紧接着，欧洲巴斯克电化学和热能储存研究中心的CICenergiGUNE也发布了他们的锂离子电容器的最新研发成果。
他们同样也是对锂离子电容器的负极材料进行了新设计——用锡作为负极的活性材料，锡的理论容量几乎是石墨的三倍（对mAh/g）。
此外，与其他高比容量材料相比，锡具有稳定、安全、易于处理、丰富、廉价和无毒等优点。然而，锡的主要缺点是它在锂化和脱锂过程中会发生很大的体积变化（高达%）。
这些体积变化导致电极电导率下降、电解液降解增加、锂离子电容器在高电流密度下的性能较差以及缩短器件寿命的稳定性问题。
因此，他们同样在负极添加了石墨烯以增加负极的硬度，这种基于锡和石墨烯的复合材料协同作用使得锂离子电容器的能量密度及其稳定性增加。
使用这种负极材料的锂离子电容器能够在高电流密度下运行，并在近次充电/放电循环中容量依然保持%，此外，它的能量密度为Wh/kg。
尽管目前锂离子电容器的能量密度还是相对较低，但是其超快速充电及超长的循环寿命这些优势，使得它目前非常适合用于电动自行车或者电动摩托车。
已经有公司在将它进行量产用于电动自行车了，如MAHLEPowertrain的锂离子电容器能量密度为60Wh/kg，已经在进行量产，目标是用于城市的电动自行车。
期待未来它的能量密度获得更多的提升，届时取代锂离子电池不是没有可能。
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作者为中国科学院博士，美国藤校研究员，科学技术控，接触一线科技研发，乐于分享，欢迎
