李灵宏：超级电容：机会与挑战
时间:2016-01-11 13:53 作者:西顾
 我们在北京成立了公司，去年刚刚成立，后来我们去了中国解放战争开始的第一站上党（长治）。虽然是山坳里面，当地的领导和群众非常支持我们，我们投资几百万，不到一千万人民币建了一条小规模的生产线。不到半年省长和省委书记都鼓励我们，我说天天刮风不下雨，你们拿钱来，支持我们发展，但是他们经济滑坡，没有钱，只有鼓励和政策支持。 谁需要超级电容呢？瞬间能量收集、快速充电放电等等的，超级电容我们分小中大，电子通信设备、电动工具和交通运输等等的都有，这些系统加起来储能市场有多大呢？几千个亿，我们的机会很多。可是我们超级电容现在才多大？中国的超级电容市场今年和去年有多大？曹博士说20亿人民币，3亿美元。为什么这么小呢？大家预测2021年是40亿美元，我估计也不包括我们中国的市场。 但是为什么我们拿不下这个大市场呢？中国的市场也被Maxwell、Ioxus、Nesscap拿走了。这个表上本来没有江海股份，是我加的，后来的南车、奥威也是我加上去的。现有的产品有哪些呢？有这个列表。我后面会讲一下测试问题，每一家都说很好，世界是第一流。但这个表中的数据是Andy自己在实验室里测出来的。这个数据是大家公认的。现在市场上比功率是一千到一万，用的是有效功率，不是最大的功率，有些可以达到九万千瓦，比能量基本上是2到5，这个能量是可用的能量，最大能量的75%。 市场上现在研发的新东西，循环寿命不低于两万次，能量密度仍然太低。第二个是太贵，按每瓦时计算是15美元。第三是自放电太高。超级电容把这三个方面解决了，咱们就有好的发展。 市场需要什么呢？电动车。超级电容为什么没有进入市场呢？第一个因为汽车行业保守，坚决不要有新的东西，因为新的东西牵扯到安全的东西。第二个是我们的超级电容行业不争气，没有产品满足电动车的需要。电动车用的能量不多，一次启停需要15到25瓦就够了。启动和刹车能量回收，也就需要25到70瓦。但是市场在哪里？一方面国家的战略要鼓励，另外一个方面要有市场。江森自控很厉害的。他们估计到2013年，黄颜色是启停系统，估计精确到不差三万辆车。他们的数据是从各大车厂生产计划里面来的。传统的ICE车，如果欧洲议会通过启停系统强制安装要求，这些ICE全部会变成黄颜色，市场在这里。 咱们中国需要什么呢？今天上午大家讲了，雾霾大家不要。雾霾去掉了还有一个碳排放的问题。咱们就先说雾霾，11月30日美国航天局报告的数据，雾霾里面有很多硫酸盐，燃煤造成的，人家测出来的。如果50%的车是纯电动，和单双号限行是一样的道理，能解决雾霾的问题吗？解决不了，限行了仍然有雾霾。美国人早就做了预测，15年前就做了，如果我们发电达不到70%的清洁能源，整体碳排放不减反而增。 如果2030 年实现清洁能源占70%，我们把电动车发展到50%，才能把碳排放持平。所以我们现在急需降低油耗，不依赖煤电。这么一个车，这么一个混合电动车，需要什么样的储能东西呢？这是美国人2005年开始每年花重金开发这么一套系统，要求什么东西呢？比功率。系统比功率达到五千瓦每公斤，寿命不低于三十万次，这个并不是百分之百循环，是不低于50%的循环，销售价格一瓦时2.4美元。 启停系统到底需要多大能量呢？15瓦时，这个数据是计算和测出来的。我们再看世界上卖的最多的标杆超级电容，16V，500F，在这个模块的基础上才有48V。作为启停重量态重，体积大，价格太高，体积和重量不是关键的问题，最关键的是把能量密度提高，把成本降下来。所以开发出来的东西要满足这些条件，否则是废物。解决的办法就是两个，第一个是铅酸电池并联使用。 我们一起做了实验，一个是铅酸电池，16V，500F的超级电容模块。浅灰色的是超级电容的。这么一个混合的系统，成本上能够接受，就解决了现在启停系统，我们德益已经做出来了，用的是2.7V的，这个模块是我们的标准模块。我们这个模块是21.89瓦时，配上铅酸电池，（比市场上的超级电容模块）稍微高了一点点，但多两三瓦时就够用了。 能量不够，要达到一公斤25瓦时、20瓦时。用什么材料呢？大家都是专家，电池材料里面去找。这些氧化物我们都做了纳米材料。从碳材料做起来，活性炭、炭纳米管、炭纤维、氧化石墨、石墨烯等等。石墨烯市场上卖的最好的样品，比容量增大到260F一克。还有一个炭微球，已经有样品了，在我们实验室就有，能够达到一克200F、每公斤可以做到10美元。现在活性炭至少30美元一公斤。这是我们要的材料，可惜的是市场现在还没有批量生产。（金属氧化物不可行）。只要加了金属氧化物，不要指望电池的寿命。 刚刚郑老师讲了，锂离子电容器电压提升到4V，实际可以达到4.3。传统德益超级电容器原型，混合型，正极用石墨，负极用炭。我们EDLC用纳米氧化物，锰、钼等等有各种各样的掺杂。你可以想象，总共是两种金属氧化物。我们能够把活性炭成本降到20美元一公斤，能够把比能量提高。这是我们市场上现有的，根据活性材料看，就是18和20，提不高了。3.6伏的，包装系数大概是3到5之间，这个东西可以做到10到15瓦，涨不上去了，这么一个技术平台到顶了。 当时我们实验室做到80瓦时一公斤，最多的时候做到150瓦级，这个东西是实际做出来的。这是我们现在小批量手工做的，估计三个月到半年就可以批量投产了。这个数据北交大的实验室里测的，这是德益出的两个系列的软包超级电容产品。 但是做完了这个工作我们发现一些东西，曹林博士讲了制定标准的东西，第一个东西是测试方案，现在大家没有共识。现在就这几个类型，第一个是各个厂家自己做自己的，第二个是欧洲和韩国、戴维斯都有自己的体系。买超级电容的用户都喜欢他自己的办法，卖自己的都用自己的办法测，每一家的办法都是多多少少有区别的，哪一个最可信呢？我提出一个课题，2014年我们一起做的。 第一个东西，超级电容测试的时候，2.7到1.35？还是多少呢？这个电压范围在传统的EDLC里面有影响，但是影响不大。大家看一个数据，这个是2.7到0是Maxwell、Nesscpwap；如果从3.8到2.6就是 1941F，电压升高了单体的容量增加了，为什么呢？所以说这个方法一定要确定，因为测试方案不统一，大家定不了。 所以说要有一把尺子，更麻烦的是测内阻，现在有四种方法。测超级电容组和电池的内阻非常难，因为有一个离子再分布。这个是UCD的基本方法，恒压60秒。这些数字是什么意思呢？恒流（充电）到2.7，我用不同的办法算内阻。另外一个办法是怎么做的呢？恒流充到2.7，搁置，再测内阻，最大是8.57，最小的是3.14。 同样的一个样品，测试的办法不一样，它的内阻就不一样。报哪一个数据？这是我们市场上常见的2.7V的内阻测试办法。这个标准不制定，卖和买超级电容的都会模糊。这个是3.8的，大家看一看这个是不是更特别了，不同的办法测的是不一样的。 当时我也提出这个需要，混合型超级电容的市场有人预测过，三五年之内能够取代很大一部分传统产品，但是这个办法不确定怎么卖？没人信。我相信国内的超级电容企业也有人在做（收集）这种数据，我们行业能不能把数据共享？拿数据来说话，不要做理论的东西，大家做起来为了行业的发展。在这里，我不一一翻译了，强调几点，第一点是电池也好，超级电容测内阻是麻烦事，到现在没有定论，大家定了指标到底用哪个办法，不要单单想到设备问题和市场有没有人接受。中国要领先，让人家心服口服，测内阻这个办法最关键，最麻烦的是混合型超级电容的测试方法。 还有一个是竞争，竞争是好事，也是一个挑战。超级电容竞争最大的对手不是大家在座的。这个是锂离子电容，寿命和功率是不是问题呢？这是日本的，最高功率已经上万级了，比能量达到十瓦时，还生产出来40瓦时的产品，但没有投入到市场。 这个是做超级电容器的，很早做了一个东西，最大的功率表是七万八千瓦，。这个是实验室产品。比能量也是这个公司，做到哪一步呢？36和35。我都害怕，他们的产品一推出来，我们就都没戏了。但是我也不害怕，据我了解，他们还有两个致命的弱点，第一个是它的成本，第二个是它的寿命，就是一万次。 所以我们有机会，这是美国90年代联合所做出来的，急需的是这个东西，30秒的充放电。这个是德益自己的目标，30瓦时每公斤，5千瓦功率，十年不会坏，也不用管理，用的时候充电就行了，不用保养。 最难的是两个，前面四条很有信心做到，因为别人已经做到了。最难的是最后两条，把成本降到一美元，能不能做到呢？还有一个是低温和高温的问题，55度能不能做到呢？能。尤其是锂离子电池，高温85度能不能做到呢？也做的到。能不能产业化呢？那是价格问题了。 好的，我就讲到这里，谢谢大家！ 来源:中国电池联盟 (责任编辑：admin) |
