超级电容电池的优势特征与应用前景

　　随着环境污染和能源危机等问题的日益严峻，各国各地区正在努力开发新型的可持续能源。目前，人们的关注焦点和研究热点是以超级电容器和锂离子电池为代表的绿色储能装置。但是，电动汽车、航空航天、国防军事、仪器仪表和电子信息等领域迫切需求具有长寿命、高能量密度和高功率密度的储能装置。然而，仅仅单独使用超级电容器或锂离子电池难以同时满足这些应用需求。于是，人们在寻求一种两全其美的解决办法，本文对超级电容电池的优势特征和应用前景做了梳理和总结。

　　虽然超级电容器具有长循环寿命和高功率密度的优点，但能量密度非常不理想。与此同时，虽然锂离子电池具有自放电率小和能量密度高的优点，但是功率密度比较低，倍率性能不理想。

　　为了结合电池和电容器的优点并回避两者的缺点，人们采用“外部组合”方法，即就是使电池和电容器成为一个组合体，但此组合体使用的器件不仅仅需要额外的电源管理系统，而且体积非常庞大。因此，超级电容电池应运而生，它结合了锂离子电池和超级电容器的优点，具有高能量密度和高功率密度的特点，并做了一定程度的内部集成变为新型储能装置。

　　超级电容电池可以以两种方式存储：双电层电容和锂离子脱/嵌。如果正极储能是双电层，则负极储能是锂离子。如果正极储能是锂离子，则负极储能是双电层。或同一电极具有锂离子储能和双电层储能。超级电容电池成功地突破了现有的二次锂电池或超级电容器不能单独解决的问题，并且有望代替现有的二次电电池或超级电容器。

　　超级电容电池具有如下特点：(1)功率密度很高，特别适合大电流应用场合，尤其是高能脉冲环境；(2)充放电循环的速度非常快，循环所需的时间远远小于蓄电池充放电循环时间；(3)可以长期使用，无须维护；(4)具有较宽的工作温度范围，正常工作的极端温度范围可达-45~85℃，应用前景十分广阔。

　　电动汽车领域的应用

　　目前，电源系统是制约电动汽车大规模产业化的主要原因，关键技术瓶颈表现为寿命短、容量小、功率低。超级电容电池作为一种新型储能装置具有功率高、容量大、寿命长的特点，非常适用于混合动力汽车等领域。

　　与电池相比，超级电容电池比功率大，充电速度快，输出功率大，制动再生能量的回收效率高。使用超级电容电池为动力源的城市交通电动车的综合运营成本低于普通的电动汽车。电动汽车发展的主要趋势是开发混合动力电动汽车，使用动力电池作为正常运转的能源，并且在加速和爬坡时通过电容器来补充能源，而超级电容电池可以在同一存储设备中实现这一功能。另外，超级电容电池可存储制动时产生的再生能量。

　　快速启动方面的应用

　　由于高功率密度的特点，超级电容电池适用于在短时间内输出高功率的快速启动的应用场景。例如，它可以取代摩托车和汽车上的铅酸电池。一般情况下，启动型铅酸蓄电池的质量非常大，使用的过程中仅仅局限于启动时，后来就是搁置的状态，但是平时它与汽车一起运行，消耗了大量汽车动力。如果使用超级电容电池作为能源替代，超级电容电池重量轻的优点可以帮助减少汽车动力消耗。此外，在需要频繁启动的调试车中，超级电容电池的优势特征也能得到充分的体现。

　　峰值脉冲功率方面的应用

　　超级电容电池用作高功率脉冲电源也具有一定的优势地位，尤其在使用无线技术的便携式设备上。例如：便携式计算机、使用GSM和GPRS无线通信的手持设备等，在正常操作期间，使用电池提供稳态电流。与此同时，传输信号所需的脉冲电流由电容器提供。这样搭配可减小电源和主体的尺寸，延长电源使用时间和通话时间。此外，它们还可在电源电力波动和局部停电期间保持正常运行，避免了设备丢失数据的可能性，同时也延长了便携式设备的使用寿命。

　　除上述应用外，在航空航天，国防军事，电子信息和仪器仪表等领域，超级电容电池也有着广泛的应用前景。

　　结语

　　总之，超级电容电池这种新型电源系统具有出色的充放电循环性能，使用双重功能性复合技术，兼顾了传统电池和电容器的优点。该技术其额定容量和比能量优于传统的电化学电容器，比功率优于目前的电池，并且以低成本进行电能的快速传递。它采用新材料和新技术，将电容器的快速储能能力与电池的高能量输出合二为一。高功率的性能可与最佳的商用电容器相比，同时能量供给也可与锂离子二次电池相媲美，在电动汽车、快速启动和峰值脉冲功率方面具有广阔的应用前景。