最近電動汽車新型電池的研發及量産真是百花齊放！行業專家預測，2030年前，電動汽車電池技術将呈指數級的方式飛速發展。

電動汽車行業對動力電池的追求有高能量密度，高循環壽命，快速充電能力等。目前幾乎沒有任何一種電池能同時滿足這幾種要求，但是锂離子電容器是最有希望的。

锂離子電容器是利用能夠吸收锂離子的碳系材料作為負極材料，利用一般雙電層電容器的原理，通過添加锂離子來提高能量密度的電容器。

正極和負極的充放電原理不同，正極通過物理雙電層原理工作，而負極通過锂的氧化還原反應進行充電和放電。與傳統電容器相比，高能量密度很大程度上是由于通過預摻雜增加了負極的僞靜電電容。

锂離子電容器具有衆多優勢：非常高的功率密度，非常快速的充放電能力（達到秒），低内阻，低溫和高溫（最高70℃）的工作性能很好，非常小的自放電，不用維護，非常高的循環壽命（萬次以上），安全性高。

所有這些優勢都比锂離子電池強！但是唯一的短闆是能量密度不如锂離子電池，這是限制它用作車輛或者電子産品動力電池的最重要的原因。

在應用上，它具備高功率中等能量密度，而锂離子電池具備中等功率高能量密度。因此，隻要提升它的能量密度，它将完美地替代锂離子電池！

提升锂離子電容器的能量密度卻不是一件容易的事，主要是在負極材料上進行設計，盡管研究進展比較緩慢，但是最近連續幾個研究都獲得了突破性的進展，能量密度已經開始接近锂離子電池。

首先，中國科學院電工研究所的研究人員将锂離子電容器的負極材料及結構進行了新的設計，他們在負極上引入了石墨烯材料，并在此基礎上加入了氧化錳複合納米材料，使用這種高性能的石墨烯基複合材料作為負極與活性炭正極進行組裝制備出锂離子電容器。

經過測試，這種锂離子電容器的能量密度高達194 Wh/kg，為目前世界上锂離子電容器能量密度的最高值！此外，在經過10000次充放電循環後，該锂離子電容器的的容量保持率為77.8%。

緊接着，歐洲巴斯克電化學和熱能儲存研究中心的CIC energiGUNE也發布了他們的锂離子電容器的最新研發成果。

他們同樣也是對锂離子電容器的負極材料進行了新設計——用錫作為負極的活性材料，錫的理論容量幾乎是石墨的三倍（994 對 372 mAh/g）。

此外，與其他高比容量材料相比，錫具有穩定、安全、易于處理、豐富、廉價和無毒等優點。然而，錫的主要缺點是它在锂化和脫锂過程中會發生很大的體積變化（高達 300%）。

這些體積變化導緻電極電導率下降、電解液降解增加、锂離子電容器在高電流密度下的性能較差以及縮短器件壽命的穩定性問題。

因此，他們同樣在負極添加了石墨烯以增加負極的硬度，這種基于錫和石墨烯的複合材料協同作用使得锂離子電容器的能量密度及其穩定性增加。

使用這種負極材料的锂離子電容器能夠在高電流密度下運行，并在近 20000 次充電/放電循環中容量依然保持 100% ，此外，它的能量密度為100 Wh/kg 。

盡管目前锂離子電容器的能量密度還是相對較低，但是其超快速充電及超長的循環壽命這些優勢，使得它目前非常适合用于電動自行車或者電動摩托車。

已經有公司在将它進行量産用于電動自行車了，如MAHLE Powertrain的锂離子電容器能量密度為60 Wh/kg，已經在進行量産，目标是用于城市的電動自行車。

期待未來它的能量密度獲得更多的提升，屆時取代锂離子電池不是沒有可能。

本文為科技酷探原創，抄襲必究！

作者為中國科學院博士，美國藤校研究員，科學技術控，接觸一線科技研發，樂于分享，歡迎關注科技酷探。

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