“原来充电需要10个小时的电动自行车，现在仅需要3~5分钟就可以充满电。”近日，依托中国科学院青岛生物能源与过程研究所建设的青岛储能产业技术研究院采用石墨烯基复合电极材料路线，开发出容量可控的锂离子电容器器件。以石墨烯基复合材料制备而成的锂离子电容器首次在电动自行车示范应用。
实现“充电式”轨道交通
“城际轨道1~2千米内，新型电容器可满足近距离运行，在乘客上下车的时候实现快速充电。”青岛储能产业技术研究院副研究员韩鹏献告诉记者，在启动时，可以瞬间加速，在制动时，可以将能量加以回收储存。大功率快速充放电是新型电容器的优势之一。
据韩鹏献介绍，锂离子电容器作为经济型环保电动车电源， 在需要大功率充放电场合，如高速铁路、城际轨道交通中的启动电源、制动能量回收系统领域；在恶劣条件下，如极端寒冷条件时，作为电动汽车、坦克车、军用运输车的冷启动电源，可以发挥出铅酸电池及锂离子电池无法与其比拟的快速充放电优势；在特殊场合下，可作为快速能量补给装置，突显其独特作用。
替代铅酸电池抢占市场
据悉，青能所开发出单体150F、1000F、2000F、3500F等容量可控的锂离子电容器，可根据不同的应用范围设置不同的容量。比如150F可用于小型便携式电动工具，2000F和3500F可用于电动车或城际轨道。
目前，常见的电动自行车、电动摩托车以及电动三轮车广泛采用铅酸电池为电源。“铅酸电池最大的优势在于生产工艺相对简单，价格低廉，老百姓容易接受，而其缺点在于使用寿命短，充放电大约500次，充电时间长达数小时。”韩鹏献表示，除了充电时间长之外，铅酸电池腐蚀后会溢出含铅重金属和酸性物质，不但严重污染土壤和水源，对空气环境、生态平衡也会造成破坏，还会引发人体代谢、生殖及神经等方面的疾病。
在各个城市大力发展经济型环保电动车短程内自由换乘的趋势下，新型电容器快速充电的优势将不断放大。而新型电容器的未来方向，正是替代现有的铅酸电池，成为超级电容器领域内的“老大”。
延长续航时间更安全
“目前，铅酸电池的市场价约为300~500元/块，新型电容器的价格与锂电池相比差不多，大约为1000元/块。”韩鹏献表示，“采用锂离子电容器作为电动车电源，相比于铅酸电池，在能量密度两者相当的同时，其绿色环保优势突出，充电速度有明显提升。”
据悉，铅酸电池需要10小时左右方可充满电，锂离子电容器的充电时间约为1~3个小时，新型电容器仅需3~5分钟即可，锂离子电容器寿命长达数万次，相比铅酸电池（500次左右）和锂离子电池（1000次左右），其长期使用性价比优势明显。另外，与常规双电层超级电容相比，锂离子电容器的能量密度是其10余倍，在替代双电层超级电容器市场方面潜力巨大。
“我们正在与国内一些电动车企业洽谈合作，初步定位于将新型电容器作为电动车启动电源以及经济型环保电动自行车电源进行示范推广，通过技术转让或参股形式进行规模化生产。”韩鹏献表示，“由于新型电容器的市场前景广阔，不少企业都想抢占市场制高点。下一步我们将围绕提高器件能量密度，解决恶劣工况条件下保持高性能等方面展开科技攻关，进一步提升该型电容器的技术水平，延长其续航时间的同时，提高在低温环境下使用的安全系数。新型电容器的性能提升后，再进一步降低生产成本，企业进行大批量生产后的利润也会相对‘丰厚’。”