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超级电容技术发展趋势

已有 1138 次阅读 2019-8-23 16:52 |个人分类:科普集锦|系统分类:科普集锦| 超级电容, 汽车, 电极, 电解质, 发展趋势

超级电容技术发展趋势

伍赛特

 

1 目前超级电容的技术重点

IPC分布来看,超级电容领域全球专利主要集中在H01G9(电解电容器、整流器检波器、开关器件、光敏器件或热敏器件;其制造方法)、H01G11(混合电容器,即具有不同正极和负极的电容器;双电层(EDL)电容器;其制造方法或其零部件的制造方法)、C01B31(碳及其化合物)、B60L(电动车辆动力装置;车辆辅助装备的供电;一般车辆的电力制动系统;车辆的磁悬置或悬浮;电动车辆的监控操作变量;电动车辆的电气安全装置)。

从专利地图来看,超级电容领域技术点分布于不同材质的电极材料、电解质、隔膜及其制备方法,以及超级电容的应用领域――汽车、计算机、储能系统、电源等的制造方法。再结合相关分析,发现技术主要集中在超级电容单体及其制造方法、电极材料(活性炭、石墨烯、碳纳米管、金属氧化物等)及其制造方法、应用超级电容的电动车或混合动力车及其制造方法,其中电动车或混合动力车及其制造方法属于超级电容应用领域,是目前超级电容发展方向之一。

 

2 超级电容技术功效分析

2.1 全球超级电容技术功效分析

为了解超级电容技术需求、研究热点和空白点,对超级电容按照组成部件进行分析。部件包括电极、隔膜、电解质〔电解液)、集流体、外壳(密封)、黏结剂,功效研究主要涉及降低超级电容内阻、增加超级电容比电容量、提高超级电容能量密度、提高超级电容功率密度、延长超级电容循环使用寿命、提髙超级电容循环稳定性、降低超级电容自放电率、加强超级电容结构设计八个方面。

从技术功效图上看,全球超级电容研究主要集中在电极、电解质(电解液),其次是外壳(密封)、隔膜,集流体、黏结剂两个部件技术领域专利申请量相对偏少,主要由于电极、电解质(电解液)是影响超级电容器性能的核心部件。

功效中,降低超级电容内阻、增加超级电容比电容量、提高超级电容能量密度、提高超级电容功率密度、延长超级电容使用寿命五个方面,专利申请居多,对提高循环稳定性、降低自放电率、加强结构设计三方面的专利申请量较少。这与现阶段对超级电容的研究主要集中在能量、功率等重要性能指标,对超级电容结构设计研究相对较少的研究现状,基本一致。

 

2.2 中国超级电容技术功效分析

与全球相似,中国超级电容专利申请也集中于电极、电解质(电解液)两个部件,其次是在外壳(密封)部件,在隔膜、集流体方面的专利申请相对偏少,对于黏结剂的研究微乎其微,主要是由于国外电极、电解质技术垄断。近年来中国推出超级电容重大项目,加大对超级电容电极、电解质材料及其制备技术的研究力度,推进超级电容部件原材料国产化。

从功效来看,在增加超级电容比电容量、提高超级电容能量密度、提高超级电容功率密度、延长超级电容循环使用寿命四个方面是中国申请人追求的功效热点,其次是降低超级电容内阻,较少涉及提高循环稳定性、降低自放电率和结构设计的研究。高比电容量、高能量和功率密度、长循环寿命是持续关注的技术热点,提高循环稳定性、降低自放电率和结构设计是今后技术发展的突破点。

 

3 超级电容未来技术趋势发展

能量密度低是制约超级电容器发展与广泛应用的重要因素,是较难突破的技术瓶颈,因而提高超级电容器能量密度成为超级电容器的根本任务,也是难点所在。具体而言,寻找新型电极活性材料、新型高导电率电解质材料是目前乃至今后一段时期超级电容器研究的关注热点。原材料生产工艺和装备技术的改进是突破国外技术垄断,实现超级电容器产品一致性的关键所在,也是推进超级电容器原材料国产化的难点。超级电容器单体制备技术,如耐高压超级电容器单体制备技术、高比能超级电容器单体制备技术等,是当前发展重点。

超级电容集成设计、结构设计是目前研究较少,但未来值得重点关注的几个方面。锂离子超级电容器、混合型超级电容器等新一代超级电容器是重要发展方向。在超级电容器应用方面,超级电容器系统组装、系统监测、模组集成技术、新能源汽车储能系统、均衡系统、外部电源管理、热管理系统,能源管理系统(CMS)等方面的研究和专利申请相对偏少,是研究重点。超级电容器与锂电池、燃料电池结合技术,是电动车应用的新关注点。超级电容客车、超级电容公交车、超级电容轨道交通车等技术突破,是持续关注热点。

 

参考文献

[1] 张红辉,董莎,石璐珊. 基于专利情报的新能源汽车动力系统技术预见研究[M]. 北京:知识产权出版社, 2017.05.




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