中車研製出超級石墨烯電容，其應用前景如何，會帶來哪些改變？

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中國新一代大功率石墨烯超級電容問世代表世界最高水平(圖)_網易新聞中心

2015-10-10

你可以到我寫的專欄剛好這期討論石墨烯超級電容的設計，在電雙層電容器設計中石墨烯的比電容量比不上活性碳，所以這個設計多是炒作的意義較大﹔我們再看看 3伏╱12000 法拉石墨烯/活性炭複合電極超級電容器照片可以發現重量及體積都很大，相信比電容量正常在有機電解液下不超過 150 F╱g，換言之，這是以空間換取能量的取巧作法。我們最終希望能做到像 18650 鋰電池的體積重量大小，但儲能也能接近 200 KW╱KG，那才算真正叫技術突破呀。

以該公司新聞稿提到 3伏╱12000 法拉超級電容適合用於有軌電車主驅動，就是因為電車空間較大，對於超級電容器重量的敏感度較低，應用前景當然無比寬廣，但這個產品根本沒有甚麼突破性。

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2015-10-11

該公司 3伏╱12000 法拉超級電容依公式 1╱2*C*V^2 得出電位能等於 54 KJ，換算為 15 wh，這就是媒體所謂「功率提升三倍，電能運用效率更高，可運用時間更長，…」的原因。但同一篇文章也提到 2.8伏╱30000 法拉超級電容適合用於無軌電車主驅動，單次充電行駛里程可從目前的 4～6公里提高到 8～10 公里，從新聞稿的照片來看好像還不輕，則能量密度勢必低為 15 Wh╱kg。這點我們繼續探討下去。

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2015-10-11

原則上，一般的 18650 電池容量能做到 3100 mAh 左右，這樣算下來能量密度大約在 700 Wh╱L，85 kWh 的 MODEL S 的電池單元一共運用了 8142 個 18650 鋰電池。而就單體電池的能量密度來看，18650 電池是要高於層迭式鋰離子電池。Roadster 的電池組重量是 450 kg，能量密度是 118 Wh╱kg，而 LEAF 電池組的重量是 225 kg，能量密度是 107 Wh╱kg。所以說，中車研製的石墨烯超級電容還差遠的。不過，我卻是看到一個機會
，
也就是超級電容沒有做到
200 kw╱kg就沒有機會取代鋰電池。

另外補充一下，18650 電池就是卷繞式電池。一般聚合物電池都採用層迭式結構，因此也可稱為層迭式電池。但是，由於層迭式電池也可以採用液態電解液，因此層迭式鋰離子電池也可能不是聚合物鋰離子電池。

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2015-10-12

今天上課時仔細算了一下 18650 鋰電池與超級電容之間能量的換算髮現﹕

18650 鋰電池用在 Tesla MODEL S，8142 顆單體產生 85 kWh，每顆重量 44.5 克，續航里程 440 公里。換算重量為 362.3 公斤(不含其它電源模塊)，即能量密度為 233.7 Wh╱kg。

先前說到中車石墨烯超級電容電位能等於 54 KJ，換算為 15 Wh，單次充電行駛里程以 10 公里計算。若不考慮輕軌電車重量較電動車重所產生靜摩擦之差異，石墨烯超級電容重量 1.3 公斤，則能量密度為 11.5 Wh╱kg。這點絕對不可能用在 Tesla 上面，所以我才會說根本在技術上不見突破。

我們目前在石墨烯超級電容做到 280 F╱g，以鋰電池同等重量 44.5 克來計算，電位能 U =
1╱2 C*V^2 = 1╱2 * 280*44.5* (4)^2 = 99.7 KJ = 622 Wh╱kg。換言之，我們在續航里程 1,000 公里時，電池重量還可以減輕到 193 公斤。但不諱言的是這只是實驗室成果，如果以二電極雙電層來看，整組只有 280╱4= 70 F╱g，更別說我們沒有量產設備，這離要取代中車這個石墨烯超級電容還是八字沒有一撇呢！

用在混動公交車上很合適，老家的公交大部分都是這種，舒適感遠超柴油機的公交車，加速的時候沒有那種一衝一衝的感覺