将超級電容器和電池混合使用，可能會給電動汽車帶來克服消費者阻力所需的東西。

說到加速，一些電動汽車不僅要靠電池來提供必要的功率，還要靠一種叫做“超級電容器”的第二能源。電池是馬拉松運動員，能夠在長途中提供足夠的電量。而超級電容器是短跑運動員，能夠在瞬間釋放大量能量。

快速放電并不是超級電容器的唯一特長，它還能夠快速充電，這一點使得它們在生制動系統中尤其出色，因為它們能夠吸收汽車減速時産生的更多電力。不過，它們能夠儲存的能量隻有電池的一小部分，過不了多久便會氣喘籲籲。于是乎，工程師們一段時間以來一直在嘗試将超級電容器的最佳性能和電池最有用的特性相結合，制造一種兼具速度和持久性的存儲設備。他們目前取得了一些成功。其實，位于法國艾克斯-普羅旺斯附近的NAWATechnologies公司聲稱，其類似于超級電容的電池可以使電動汽車的續航裡程增加一倍以上，充電一次可行駛1000公裡，另外這種新設備還可以在五分鐘内充80%的電量。

電容器和電池的工作方式不同，所以将它們結合在一起并不容易。電容器以靜電的物理形式儲存能量，比較容易，也比較快速，所以電容器有着良好的功率密度（每單位重量的能量傳遞速率）。一個優秀的現代超級電容器的功率密度是每公斤幾千瓦。

而電池以化學方式儲存能量，即在兩個電極中以活性物質的形式儲存能量。這些電極在物理上是分開的，但由一種叫做電解質的材料相連接。通過電解質，帶電原子（離子）可以從一個電極傳遞到另一個電極，從而使反應得以進行。然而，隻有當離子流被通過電極之間外部回路的電子流平衡時，這種情況才會發生。這種電子流就是電流，這就是電池存在的原因。

因為化學反應需要時間，所以用這種方法操作的話電池的功率密度會很低，而電動汽車中使用的锂離子電池每千克隻能産生十分之一千瓦的電量。但是化學物質可以儲存很多能量，所以電池有很高的能量密度（每單位重量可以包含的能量）。锂離子電池每千克可存儲200-300瓦時能量，而超級電容器一般可以控制在10wh/kg以下。

相比之下，無論是堿性電容器還是超級電容器，都是由一對導電闆組成，它們分别位于隔膜材料的兩側。當導電闆被施加電壓時，其中一塊導電闆的表面産生正電荷，另一塊導電闆的表面則産生相應的負電荷。之後通過外部電路将兩塊導電闆進行連接，就像電池一樣，電流就會開始流動。

從基礎電容器到超級電容器的飛躍涉及兩點。一點是要在導電闆上塗上如活性炭等的多孔材料以增加存儲能量的可用表面積，另一點是要将它們浸泡在電解質中，這樣就能在電解質與極闆的邊界處形成更多的存儲區域。不過，在混合物中加入電解質的同時可能也會加入一些類似電池的電化學元素。愛沙尼亞的一家超級電容器公司“骨架技術”正計劃這樣做。

骨架公司已經開發出一種由所謂的“彎曲”石墨烯組成的導電闆，用于一系列新的簡單的超級電容器。普通石墨烯是一層排列成六邊形網格的碳原子，導電性很強，而骨架公司的“彎曲”石墨烯則是由褶皺的材料組成的。該公司希望由此增加的表面積能将其新産品的能量密度提高到10-15wh/kg——即一個20-30wh/kg的超級電容器理論上能夠達到的最大值的一個不錯的節點。

而這隻是骨架公司計劃的開胃小菜。該公司的工程師正在和德國卡爾斯魯厄理工學院合作，将彎曲石墨烯用于所謂的“超級電池”當中。骨架的創新負責人塞巴斯蒂安·波爾曼說，雖然它本質上還是一個超級電容器，以靜電方式儲存大部分電荷，但電解質也能提供一些化學能量儲存。然而，該公司對其使用的電解質和所涉及的化學成分閉口不提。波爾曼博士隻是說：“傳統的锂離子化學無法和它相提并論。”他聲稱，最後的成果就是，該電池可以在15秒内充滿電并儲存60wh/kg的能量。骨架公司計劃于2023年前對該超級電池進行商業化生産。

其他研究小組也在研究如何為超級電容器增加化學能量存儲。例如，奧地利格拉茨科技大學的研究人員已經開發出了一種電觸點上塗着能被小孔穿透的碳的電池。其中一個電觸點相當于一個電容闆，另一個電觸點相當于電池的電極。和骨架公司不同的是，格拉茨小組對電解液化學的研究方法持開放态度。他們使用的是碘化鈉水溶液(即鈉離子和碘離子的溶液)。碘離子在電極上轉化為碘元素，在放電過程中在小孔中結晶。當設備進行充電時，這一過程會反過來進行。電容闆上的孔也同樣用于容納鈉離子。

根據其發明者最近發表在《自然通訊》上的一篇論文，格拉茨電池的性能超過了锂離子電池。例如，研究小組成員卡馬爾·阿巴斯說，它能夠應付高達100萬次的充放電循環。锂離子當量的電池可以運行幾千次循環。

于是，骨架和格拉茨團隊都采用了改良的超級電容器結構，并添加了一些定制的電化學元素。相比之下，雖然NAWATechnologies公司提供的産品确實也使用了改良的超級電容器闆作為電極，但它使用了經過驗證的锂離子成分來進行化學輔助工作。

NAWA和骨架一樣，也在生産超級電容器。該公司使用一種叫做VACNT(垂直排列碳納米管)的工藝制造了這些平闆，将這些管子像微型刷子的刷毛一樣進行排列。極端的縮影。每平方厘米大約有1000億條管子豎着立正，這大大增加了可容納電荷的表面積。

為了使VACNT闆也能作為類似電池的電極使用，NAWA的工程師對納米管進行了細化，為電池進行化學反應所使用的化學塗層騰出空間，為锂離子進出奈米管之間的空間騰出空間。該公司估計，這種自由移動将使這種裝置的功率密度提高10倍。

首先，該發明的陰極(電池中的正極)的納米管将被鍍上鎳、錳和钴，一種已經廣泛用于制造此類陰極的混合體。傳統的陽極(負極)已經是碳基的，所以使用碳納米管形式的元素并沒有太大的差異。盡管如此，其他未被商業化開發的電池化學物質也應該适用于VACNT電極。其中包括锂-硫和锂-矽，這兩種物質都有可能增加能量密度。

矽的前景極其光明，但它會在吸收離子的過程中膨脹，這可能會損壞電池。2013年協助發現NAWA的物理學家帕斯卡爾·布朗熱稱VACNT電極中錯綜複雜的納米管就像籠子一樣控制着矽。這種新的電極材料也可以用于固體電解質(非液體電解質)以制造“固态”電池。這些技術既強大又穩健，但商業化卻很棘手。

布朗熱博士稱，在與一些未具名的電池公司的測試當中，VACNT電極在一種電池中達到了500wh/kg的能量密度，在另一種電池中則達到了每升1400瓦時的能量密度，這大概是普通锂離子電池在重量和體積上的兩倍。他補充道：“這一點我們很容易就做到了，所以我們相信還有很大的改進空間。”

NAWA承認有合作的一家公司是“帥福得”，“帥福得”是想要從化石燃料轉向多元化的法國石油巨頭道達爾旗下的一家大型電池制造商。Saft的客戶包括幾支F1車隊，他們的賽車要使用電力。“帥福得”還與歐洲大型汽車制造商PSA集團合作，為電動汽車生産電池。

當然，新設備的成功将取決于它的制造成本。NAWA已經在建設一條大規模生産線，為其最新的超級電容器生産真空極闆。NAWA的首席執行官葛衛凱稱，這種在一卷鋁箔的兩面都種植納米管的工序可以很容易轉移到現有的電池生産線上，甚至有可能降低電池的制造成本。他預計第一代超級電容-電池混合動力車将于2023年投産。

這種混合儲能技術是否能與傳統锂離子電池競争還有待觀察。锂離子電池具備市場主導優勢，電池制造商已經投資數十億美元建立了巨大的“超級工廠”來對它們進行批量生産。然而，盡管對電動汽車的大肆宣傳，對锂離子電池的疑慮仍萦繞在許多消費者的心中。裡程焦慮、再充電速度和費用所有這些因素都會讓消費者猶豫要不要買它。将超級電容器的爆發力和電池的耐力混合起來至少可以克服上述兩個障礙，從而最終開啟一個真正無憂無慮的電動汽車時代。

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