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李靈宏：超級電容：機會與挑戰(zhàn)

時間:2016-01-11 13:53來源:中國電池聯(lián)盟 作者:西顧
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        德益創(chuàng)新是一個新公司，我是一個新人，我今天做兩件事情，第一件事情是向大家匯報我們做了哪些工作，再一個是把我知道的東西和大家講一下。這個是Andy Burke，我感覺是在世界上資格最老的專家了。我們一起創(chuàng)建了美國德益，在戴維斯做的先進能源技術(shù)，他是第一個提出超級電容電動車概念的人。我們一起成立了這個公司，他說見上帝之前就一個愿望，生產(chǎn)和開發(fā)出來一個超級電容，具備鉛酸電池的能量密度。為什么提出這么一個概念呢？提出了功能和能量的平衡，連續(xù)性的充放電達到18秒的倍率，但是它是一個超級電容，不低于95%的充放電效率，可以讓你使用不低于十萬次的充放電，要達到常見的超級電容的功率密度，可以提供大約90%的電源市場使用。
 
       我們在北京成立了公司，去年剛剛成立，后來我們?nèi)チ酥袊夥艖?zhàn)爭開始的第一站上黨（長治）。雖然是山坳里面，當?shù)氐念I導和群眾非常支持我們，我們投資幾百萬，不到一千萬人民幣建了一條小規(guī)模的生產(chǎn)線。不到半年省長和省委書記都鼓勵我們，我說天天刮風不下雨，你們拿錢來，支持我們發(fā)展，但是他們經(jīng)濟滑坡，沒有錢，只有鼓勵和政策支持。 
 
       誰需要超級電容呢？瞬間能量收集、快速充電放電等等的，超級電容我們分小中大，電子通信設備、電動工具和交通運輸?shù)鹊鹊亩加校@些系統(tǒng)加起來儲能市場有多大呢？幾千個億，我們的機會很多。可是我們超級電容現(xiàn)在才多大？中國的超級電容市場今年和去年有多大？曹博士說20億人民幣，3億美元。為什么這么小呢？大家預測2021年是40億美元，我估計也不包括我們中國的市場。
 
        但是為什么我們拿不下這個大市場呢？中國的市場也被Maxwell、Ioxus、Nesscap拿走了。這個表上本來沒有江海股份，是我加的，后來的南車、奧威也是我加上去的�，F(xiàn)有的產(chǎn)品有哪些呢？有這個列表。我后面會講一下測試問題，每一家都說很好，世界是第一流。但這個表中的數(shù)據(jù)是Andy自己在實驗室里測出來的。這個數(shù)據(jù)是大家公認的�，F(xiàn)在市場上比功率是一千到一萬，用的是有效功率，不是最大的功率，有些可以達到九萬千瓦，比能量基本上是2到5，這個能量是可用的能量，最大能量的75%。
 
       市場上現(xiàn)在研發(fā)的新東西，循環(huán)壽命不低于兩萬次，能量密度仍然太低。第二個是太貴，按每瓦時計算是15美元。第三是自放電太高。超級電容把這三個方面解決了，咱們就有好的發(fā)展。
 
       市場需要什么呢？電動車。超級電容為什么沒有進入市場呢？第一個因為汽車行業(yè)保守，堅決不要有新的東西，因為新的東西牽扯到安全的東西。第二個是我們的超級電容行業(yè)不爭氣，沒有產(chǎn)品滿足電動車的需要。電動車用的能量不多，一次啟停需要15到25瓦就夠了。啟動和剎車能量回收，也就需要25到70瓦。但是市場在哪里？一方面國家的戰(zhàn)略要鼓勵，另外一個方面要有市場。江森自控很厲害的。他們估計到2013年，黃顏色是啟停系統(tǒng)，估計精確到不差三萬輛車。他們的數(shù)據(jù)是從各大車廠生產(chǎn)計劃里面來的。傳統(tǒng)的ICE車，如果歐洲議會通過啟停系統(tǒng)強制安裝要求，這些ICE全部會變成黃顏色，市場在這里。
 
       咱們中國需要什么呢？今天上午大家講了，霧霾大家不要。霧霾去掉了還有一個碳排放的問題。咱們就先說霧霾，11月30日美國航天局報告的數(shù)據(jù)，霧霾里面有很多硫酸鹽，燃煤造成的，人家測出來的。如果50%的車是純電動，和單雙號限行是一樣的道理，能解決霧霾的問題嗎？解決不了，限行了仍然有霧霾。美國人早就做了預測，15年前就做了，如果我們發(fā)電達不到70%的清潔能源，整體碳排放不減反而增。
 
       如果2030 年實現(xiàn)清潔能源占70%，我們把電動車發(fā)展到50%，才能把碳排放持平。所以我們現(xiàn)在急需降低油耗，不依賴煤電。這么一個車，這么一個混合電動車，需要什么樣的儲能東西呢？這是美國人2005年開始每年花重金開發(fā)這么一套系統(tǒng)，要求什么東西呢？比功率。系統(tǒng)比功率達到五千瓦每公斤，壽命不低于三十萬次，這個并不是百分之百循環(huán)，是不低于50%的循環(huán)，銷售價格一瓦時2.4美元。 
 
       啟停系統(tǒng)到底需要多大能量呢？15瓦時，這個數(shù)據(jù)是計算和測出來的。我們再看世界上賣的最多的標桿超級電容，16V，500F，在這個模塊的基礎上才有48V。作為啟停重量態(tài)重，體積大，價格太高，體積和重量不是關(guān)鍵的問題，最關(guān)鍵的是把能量密度提高，把成本降下來。所以開發(fā)出來的東西要滿足這些條件，否則是廢物。解決的辦法就是兩個，第一個是鉛酸電池并聯(lián)使用。
 
       我們一起做了實驗，一個是鉛酸電池，16V，500F的超級電容模塊。淺灰色的是超級電容的。這么一個混合的系統(tǒng)，成本上能夠接受，就解決了現(xiàn)在啟停系統(tǒng)，我們德益已經(jīng)做出來了，用的是2.7V的，這個模塊是我們的標準模塊。我們這個模塊是21.89瓦時，配上鉛酸電池，（比市場上的超級電容模塊）稍微高了一點點，但多兩三瓦時就夠用了。
 
       能量不夠，要達到一公斤25瓦時、20瓦時。用什么材料呢？大家都是專家，電池材料里面去找。這些氧化物我們都做了納米材料。從碳材料做起來，活性炭、炭納米管、炭纖維、氧化石墨、石墨烯等等。石墨烯市場上賣的最好的樣品，比容量增大到260F一克。還有一個炭微球，已經(jīng)有樣品了，在我們實驗室就有，能夠達到一克200F、每公斤可以做到10美元�，F(xiàn)在活性炭至少30美元一公斤。這是我們要的材料，可惜的是市場現(xiàn)在還沒有批量生產(chǎn)。（金屬氧化物不可行）。只要加了金屬氧化物，不要指望電池的壽命。 
 
       剛剛鄭老師講了，鋰離子電容器電壓提升到4V，實際可以達到4.3。傳統(tǒng)德益超級電容器原型，混合型，正極用石墨，負極用炭。我們EDLC用納米氧化物，錳、鉬等等有各種各樣的摻雜。你可以想象，總共是兩種金屬氧化物。我們能夠把活性炭成本降到20美元一公斤，能夠把比能量提高。這是我們市場上現(xiàn)有的，根據(jù)活性材料看，就是18和20，提不高了。3.6伏的，包裝系數(shù)大概是3到5之間，這個東西可以做到10到15瓦，漲不上去了，這么一個技術(shù)平臺到頂了。
 
       當時我們實驗室做到80瓦時一公斤，最多的時候做到150瓦級，這個東西是實際做出來的。這是我們現(xiàn)在小批量手工做的，估計三個月到半年就可以批量投產(chǎn)了。這個數(shù)據(jù)北交大的實驗室里測的，這是德益出的兩個系列的軟包超級電容產(chǎn)品。
 
       但是做完了這個工作我們發(fā)現(xiàn)一些東西，曹林博士講了制定標準的東西，第一個東西是測試方案，現(xiàn)在大家沒有共識�，F(xiàn)在就這幾個類型，第一個是各個廠家自己做自己的，第二個是歐洲和韓國、戴維斯都有自己的體系。買超級電容的用戶都喜歡他自己的辦法，賣自己的都用自己的辦法測，每一家的辦法都是多多少少有區(qū)別的，哪一個最可信呢？我提出一個課題，2014年我們一起做的。 
 
       第一個東西，超級電容測試的時候，2.7到1.35？還是多少呢？這個電壓范圍在傳統(tǒng)的EDLC里面有影響，但是影響不大。大家看一個數(shù)據(jù)，這個是2.7到0是Maxwell、Nesscpwap；如果從3.8到2.6就是 1941F，電壓升高了單體的容量增加了，為什么呢？所以說這個方法一定要確定，因為測試方案不統(tǒng)一，大家定不了。
 
       所以說要有一把尺子，更麻煩的是測內(nèi)阻，現(xiàn)在有四種方法。測超級電容組和電池的內(nèi)阻非常難，因為有一個離子再分布。這個是UCD的基本方法，恒壓60秒。這些數(shù)字是什么意思呢？恒流（充電）到2.7，我用不同的辦法算內(nèi)阻。另外一個辦法是怎么做的呢？恒流充到2.7，擱置，再測內(nèi)阻，最大是8.57，最小的是3.14。
 
       同樣的一個樣品，測試的辦法不一樣，它的內(nèi)阻就不一樣。報哪一個數(shù)據(jù)？這是我們市場上常見的2.7V的內(nèi)阻測試辦法。這個標準不制定，賣和買超級電容的都會模糊。這個是3.8的，大家看一看這個是不是更特別了，不同的辦法測的是不一樣的。  
 
       當時我也提出這個需要，混合型超級電容的市場有人預測過，三五年之內(nèi)能夠取代很大一部分傳統(tǒng)產(chǎn)品，但是這個辦法不確定怎么賣？沒人信。我相信國內(nèi)的超級電容企業(yè)也有人在做（收集）這種數(shù)據(jù)，我們行業(yè)能不能把數(shù)據(jù)共享？拿數(shù)據(jù)來說話，不要做理論的東西，大家做起來為了行業(yè)的發(fā)展。在這里，我不一一翻譯了，強調(diào)幾點，第一點是電池也好，超級電容測內(nèi)阻是麻煩事，到現(xiàn)在沒有定論，大家定了指標到底用哪個辦法，不要單單想到設備問題和市場有沒有人接受。中國要領先，讓人家心服口服，測內(nèi)阻這個辦法最關(guān)鍵，最麻煩的是混合型超級電容的測試方法。 
 
      還有一個是競爭，競爭是好事，也是一個挑戰(zhàn)。超級電容競爭最大的對手不是大家在座的。這個是鋰離子電容，壽命和功率是不是問題呢？這是日本的，最高功率已經(jīng)上萬級了，比能量達到十瓦時，還生產(chǎn)出來40瓦時的產(chǎn)品，但沒有投入到市場。
 
       這個是做超級電容器的，很早做了一個東西，最大的功率表是七萬八千瓦，。這個是實驗室產(chǎn)品。比能量也是這個公司，做到哪一步呢？36和35。我都害怕，他們的產(chǎn)品一推出來，我們就都沒戲了。但是我也不害怕，據(jù)我了解，他們還有兩個致命的弱點，第一個是它的成本，第二個是它的壽命，就是一萬次。
 
       所以我們有機會，這是美國90年代聯(lián)合所做出來的，急需的是這個東西，30秒的充放電。這個是德益自己的目標，30瓦時每公斤，5千瓦功率，十年不會壞，也不用管理，用的時候充電就行了，不用保養(yǎng)。
 
       最難的是兩個，前面四條很有信心做到，因為別人已經(jīng)做到了。最難的是最后兩條，把成本降到一美元，能不能做到呢？還有一個是低溫和高溫的問題，55度能不能做到呢？能。尤其是鋰離子電池，高溫85度能不能做到呢？也做的到。能不能產(chǎn)業(yè)化呢？那是價格問題了。 
 
       好的，我就講到這里，謝謝大家！   
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    近年來，憑借高密度、更安全性、壽命長等優(yōu)點，被認為是“最具潛力的下一代鋰電池技術(shù)”的固態(tài)電池受到市場關(guān)注，最新消息不斷。
    2024-04-22 18:17

  • 鋰礦龍頭一季度預虧超36億元，收深交所關(guān)注函！

    4月23日晚間，天齊鋰業(yè)發(fā)布業(yè)績預告，預計今年第一季度同比由盈轉(zhuǎn)虧。 同日晚間，深交所對天齊鋰業(yè)下發(fā)關(guān)注函，要求其結(jié)合主營業(yè)務開展情況、產(chǎn)品產(chǎn)銷量、產(chǎn)品價格等，分析2024年一季度虧損較2023年四季度大幅增加的原因，并說明是否存在持續(xù)虧損風險等。 鋰
    2024-04-25 09:30

  • 又有車企公布全固態(tài)電池量產(chǎn)時間！

    當?shù)貢r間4月16日，日產(chǎn)汽車公開全固態(tài)電池試生產(chǎn)線的預定設置場所，在生產(chǎn)發(fā)動機等的橫濱工廠建筑內(nèi)確保了約1萬平方米空間，為搬入設備推進施工。 日產(chǎn)計劃2025年3月開始生產(chǎn)全固態(tài)電池，目標2028年度實現(xiàn)量產(chǎn)。據(jù)日產(chǎn)介紹，全固態(tài)電池的能量密度是傳統(tǒng)鋰離
    2024-04-18 08:43
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