电动车业要全面兴盛？

zhouwojian

超级电容可以带我们飞了？
　　所谓的超级电容器，据新华网介绍：“是介于传统电容器和电池之间的一种电化学储能装置。由于具有功率密度高、循环寿命长、安全可靠等特点，现已广泛应用于混合电动汽车、大功率输出设备等多个领域。”等等，既然这么厉害？为何随手一搜，大部分的电动汽车主要采用的还是电池呢？比如特斯拉的锂电池（大部分都是）、丰田 Prius 的镍氢电池等。原因在于超级电容的能量密度太低了。能量密度低，就意味着满足实际需求的电容体积会非常大。而正如报道所说，找到理想的材料，使得超级电容器兼具高功能、高能量，一直是科学家们努力的方向。
　　据science 上文章显示，此番研究出的新材料，在能量密度上能达到铅酸电池的 41wh/kg 同时功能性又不错，的确是不小的一个进步了。不过就实用性而言，以特斯拉为例，目前的特斯拉 Model S 采用的是来自松下的 18650 电池，其能量密度为 233wh/kg，而一辆特斯拉 Model S 上电池，重达 900 公斤，掐指一算，背着 5000 多公斤的电池跑起来，感觉似乎还是没有那么美好。事实上，现在的超级电容在电动汽车中，都是作为电池的从属，起辅助作用。而秒充这件事，其实快充快放，一直就是超级电容的一大优势所在，然而能量密度的问题若不能得到解决，一切就只不过听上去很美好。
　　值得一提的是，在 science 的文章中，并不能找到“充电只需7 秒钟，即可续航35 公里”的相关数据，不知这一信息从何而来。
　　石墨烯？还是类石墨烯碳材料？
　　新华网文章中将上海硅酸盐所研发的这一新材料称之为“氮掺杂有序介孔石墨烯”，然而事实上，《science》的文章中，并没有表示自己使用的是石墨烯，更适当的表述或许是类石墨烯介孔氮材料。
　　事实上，近年来，类似的报道颇多，什么“新一代超级电容 几分钟充满可跑500 公里”，知乎上也有不少“如何评价“某某研发出一分钟充满电新电池！”这一新闻？ ”每次相关研究已出，总是新闻带动起业内相关人士的一阵兴奋，但是，从研发到实际生产使用的距离有多远？知乎上一名同学就此次新材料所作的回答或值得思考。下文摘自知乎答主：清华大学能源互联网创新研究院副研究员， 刘冠伟博士。
　　实验室中的性能突破，但说工业化还为时尚早：
　　本文在炭基材料超级电容器上，通过掺氮，使得有序介孔炭材料具有了电化学活性，具有赝电容的工作能力，而且在能量密度上达到了铅酸电池的 41Wh/kg，功率更是保持了超级电容中一贯的优势。文章中详细的表征了该材料的电化学性能，在不同种电解液中的工作能力，反应机理等等，此处我也不一一详解了，总之，说它在超级电容领域，实现了突破，是不夸张的。
　　但是说它想要实用化呢？我这里有几个问题。
　　(1)成本
　　文章中使用的制备工艺 1 是典型的模板法：
　　用 SiO2 模板，然后 CVD 用 CH4 和 NH3 做碳氮源，长出材料，再用氢氟酸腐蚀掉模板，得到材料，不仅如此，之后还要用浓硝酸处理，提高氮含量。
　　你知道这套工艺量产材料有多贵么？
　　你知道这套工艺量产材料有多贵么？
　　你知道这套工艺量产材料有多贵么？
　　重要的事情要说三遍。
　　实际上，SiO2 模板来产材料，产率一定不高，模板制备就有一定成本。然后 CVD 制备材料，如果你的材料是论重量而不是论面积来生产，那成本一定妥妥的是醉了的节奏；之后还要用剧毒的氢氟酸来腐蚀，危险的东西防护成本有多高大家想想，最后还有个浓硝酸处理，嗯……环评过起来一定很困难。
　　在这套技术在实验室里很普遍，做研究没有问题，但如果非说它明天就实用化，嗯，做梦呢……
　　当然了，本文作者也说了他们还采用了相对更为经济 (inexpensive) 的工艺，大概就是不用模板了，直接做溶胶凝胶，然后再 CVD 合成。
　　问题还是：溶胶凝胶对于工业也不是什么便宜货，然后还是用 CVD….. 反正你成本上就是没竞争力。
　　说到这里，很多人可能不服气，说笔者吃不到葡萄说葡萄酸，成本问题随着技术发展是可以解决的。但是我想说的是，关键还是要看你的新技术要取代的旧体系是什么：如果是一个原有技术昂贵，那你的技术贵一点是比较好说的；但是如果取代的是现有的大规模生产的非常便宜的东西(这些各种碳系材料)，即使你的新产品性能真的有飞跃，先老老实实算算经济账，然后再行动研发投资扩产什么的，也是绝对不是坑人的。
　　(2)电极制备工艺
　　该文使用的工艺是把活性材料与可压缩的石墨烯泡沫(做集流体)挤压在一起，没加添加剂，制成的极片。
　　可见使用的并不是传统的金属集流体。实际上，3D 石墨烯泡沫具有很大的比表面积，以及相应带来的良好的三维导电网络，用这样的集流体会给材料的性能带来很多加成，在这方面中科院金属所成会明院士组有不少工作可以参考。因此这里的一大问题就是：为什么不用传统的集流体，而是使用了石墨烯泡沫来测试该材料的电性能？如果用传统集流体，测出的性能会不会更具有参考比较价值？
　　(3)整体定位
　　虽然我们的记者朋友已经为该材料定了一个“充7 秒跑35 公里”的性，但是我觉得我们应该看看作者对于自己工作的展望。对于超级电容方面的应用，该作者意味深长地用了一个词，叫 potentially 可以和电池来竞争。所以作者也没说它一定要和电池短兵相接嘛，先做好电容领域中的老大其实是比较实际的。而且最后这个可以与铅酸、镍氢匹敌的评价后，最后谈到锂离子，作者非常客观的用了一个词： perhaps。
　　至少我们可以这么认为，如果它想去取代锂离子，难度比前几种要大的多。所以其实作者对于该电容的定位其实非常清晰。
　　(4)科研 VS 工业
　　其它几位朋友在这里也说了，实验室里做出来的东西往往要花很久才能工业化，而有些技术甚至受至于技术路线等因素，永远不可能工业化都没准。我从来不认为科研不重要，但是我觉得国家应该加大力度扶持那些可以中试化，有产业化前景的技术，这才是工业升级，做强中国制造的正路，因此我也很期待该项技术可以早些中试化，能够大批量做出高一致性、可靠性、成本和性能具有一定竞争力的产品。
　　因此一切的一切将如何发展，让我们拭目以待吧。
　　PS：充电7 秒钟跑35 公里，我是感觉这个数字算的很有趣，还是7 的位数呢……
　　好的，折合一秒钟跑5 公里，如果是一般的家用电动轿车，一度电跑7~8 公里，咱就按 10 公里算吧，1 秒钟充电得要 0.5 度，1kWh=3600kWs 也就是功率达到1800kW，嗯，不烧了才怪……
　　总结一下就是，此次中科院的新材料确实有着重大突破，但是从实验室到工厂到市场还有很远的路要走。

azengxian

想着倒是挺美好的啊

qq758964694

早晚的事啊

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