從科幻大片到現實世界：10分鐘完成電動汽車充電

想像一下，電動汽車充電時間由數小時縮短至數分鐘，甚至在數秒鐘內智能手機即可充滿電，是不是很奇妙？這種科技界描述的誘人前景，或許很快就能實現了。

研究人員已經發現了一種新材料，可以提升碳基超級電容器（又被稱為超級電容器）的性能。開發採用這種新型聚合物的超級電容器，或能製造出媲美甚至超越鋰離子電池，但前提是在量產中還能保持這種新型聚合物的超級電容器的性能。

接下來就由語翼專業人工翻譯平台將詳細為你闡述超級電容器，以及這種新型聚合物對超級電容器的性能的影響。

一、超級電容器擅長快速提供電能

普通電池依靠化學反應來產生電能，一旦這些化學物質失去效力，在約3000至5000次充電和放電周期後電池就報廢了。超級電容器是一種能量存儲裝置，它不像傳統電池那樣通過化學反應產生電能，而是形成靜電場。不但充電速度非常快，放電速度同樣也非常快。而且不需要稀有材料，例如鈷。

到目前為止，超級電容器擅長的是快速提供電能。例如啟動汽車發動機，或者在加速時給火車提供動力；也非常適合汽車在制動時收集能量，這使其成為電動汽車的重要組成部分；在平衡供需時，國家電網使用超級電容器快速提供電能。

自2010年開始，歐洲汽車製造商標緻雪鐵龍一直在汽車中使用超級電容器。超級電容器製造商Maxwell科技公司稱，目前已有超過100萬輛汽車使用其產品。而且預計在2020年前，中國上海和韓國首爾將投入使用3500輛由超級電容器供電的公共汽車。

二、超級電容器在電能存儲上存在問題

但是，目前超級電容器在存儲大量電能，或者長期存儲電能方面的表現並不特別好。這就是所謂的能量密度低（即每公斤電池能夠存儲的能量少），這使得超級電容器與鋰離子電池相比處於明顯劣勢。

英國國家物理實驗室表示，「超級電容器相對於傳統電池的兩大優勢是更快的充電和放電速度，以及更長的使用壽命。缺點是它們往往成本相對較高，而且存儲的電能只能使用數秒鐘，或者最多數分鐘。」

例如，當利用超級電容器為工廠裝配線上的工具供電時，這不是問題。放回到充電座中，它可以在數秒鐘內完成充電。但是，如果用於電動汽車或公共汽車，可能每行駛數英里就需要充電。

三、新材料或可解決超級電容器儲電難題

超級電容器製造商Skeleton科技公司研發的超級電容器產品包含有石墨烯層（排列成六邊形晶格的單層碳原子）和其他碳基材料。這些石墨烯層有著巨大的表面積，1克石墨烯表面積可以達到2,000平方米，使得超級電容器可以存儲大量的電能。

目前Skeleton科技公司的產品已經應用在混合動力汽車中，特別是公共汽車和貨車。公司創始人馬蒂伯克說，在一次實驗中，他們在一輛為超市送貨的柴電動力廂式貨車上安裝了超級電容器，油耗降低了32%。

但從短期來看，將超級電容器與鋰離子電池相結合，可能是同時享受這兩種技術優勢的最佳方式，特別是在電動汽車的應用中。

另一家位於法國南部的超級電容器製造商NaWa科技公司，利用由垂直排列的碳和石墨烯納米管製成的電極，納米管表面能存儲電能。這些塗有另外一種碳基材料的納米管非常細，每平方厘米能容納100億根。而且由於碳是一種輕質材料，將超級電容器整合在鋰離子電池中還會降低整體質量，有助於改善電動汽車的續航性能。

目前由威廉斯先進工程公司製造的E級方程式賽車電池，重300公斤。NaWa認為公司的技術可以將該電池重量減輕至200公斤，而不會影響續航里程。

新型儲能形式對於可再生能源成功取代化石燃料具有重要意義。當太陽落山或沒有風時，我們需要非常快速地利用存儲的電能彌補供需之間的差額。除了抽水蓄能、飛輪、壓縮氣體和大型電池陣列等傳統儲能方式外，高效超級電容器最終可能成為完成可持續能源電網的重要組成部分。

但目前基於聚合物的超級電容器還處於發展的早期階段，要實現所需的能量存儲容量，而且不會影響功率、使用壽命和成本，還有很多工作要做。

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