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攻下技术关
传统意义上的锂离子电容器,正极采用双电层超级电容器使用的高比表面多孔炭电极材料,通过吸附电荷储存电能;负极采用锂离子电池石墨负极材料,通过电化学嵌入反应储存电能。
据韩鹏献介绍,锂离子电容器的能量密度可以与铅酸电池相媲美,而其优越的功率性能是铅酸电池和锂离子电池所无法企及的。
因此,锂离子电容器作为经济型环保电动车电源,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;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,凸显其独特作用。
然而,崔光磊团队也发现了锂离子电容器技术难点之一,那就是充放电之前向负极中预嵌锂关键技术,以保证器件可以平稳的在电压窗口下工作。崔光磊表示:“如果预嵌锂方式不当、预嵌锂量不足或过量、嵌锂分布不均匀,都能造成循环寿命下降。”
他还指出,锂离子电容器另外的技术难点在于,如何改善负极快速充放电性能。锂离子电容器优势是提高了能量密度的同时,功率性能仍可以具有双电层超级电容器那样优越,但锂离子电容器负极是通过电化学嵌入、脱出反应储存电能,不同于正极通过极化物理吸附电荷那样,可以快速吸收、释放电能。
因此负极活性材料物理结构、整个负极的成分构成显得尤为重要,这就要通过减小负极材料尺寸,缩短离子扩散路径,或构筑可以实现快速传输离子的通道和电子转移的空间网络,或辅以功能性添加剂,改善负极成分构成,增强电子和离子混合传输速度,实现锂离子电容器的高功率输入、输出性能。
崔光磊团队攻克了程序化预嵌锂、正负极浆料在特殊集流体上涂布、软包装器件胀气抑制、模块化系统集成等多个工程化关键技术难点。
筹备产业化
崔光磊团队通过示范应用发现,采用锂离子电容器作为电动车电源,相比于铅酸电池,充电速度明显提升。
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