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肆:超级电容器
原理优势:超级电容器的主体结构由两块电极板及电极板间的电解质组成,充电后,电极与电解质间形成双电层结构,从而在正负极之间形成电压差并存储电能。超级电容器在充放电过程中进行的仅是电子和离子的物理迁移、并没有发生化学反应,因此其可以经得起数十万次的循环测试,并且可以在数秒内完成充放电。由于仅进行物理储能,其温度适应性及安全性能也绝非锂离子电池可比。
技术难点:能量密度是超级电容器的致命短板,目前常见的超级电容器多以活性碳为电极,由于其是物理储能,因此超级电容的能量密度仅能达到5~10Wh/kg,并且后续提升空间有限。
动态前景:针对超级电容器的长循环、高倍率特点,目前其产品主要集中于车辆起停及能量回收电源、风力发电的临时储能装置上。上海世博会就曾经展出过到站充电、十秒充满、充满出站的电容大巴。由于目前针对锂离子电池补贴政策的出台,本来具有明显特点的超级电容器的应用受到了进一步限制。
超级电容器综合评定:
能量密度:☆
综合性能:★★★★☆
环境友好:★★★★
成本优势:★★
技术储备:★★★★☆
应用前景:★★
伍:飞轮电池
原理优势:飞轮电池的核心部件是飞轮电机,充电时,电机中的飞轮加速旋转并将电能存储为动能;放电时,飞轮转速降低并将动能转化为电能。从飞轮电池的原理可以发现,其与超级电容器一样,都是用物理方式(而非化学反应)储能,因此二者的优势也非常相似:循环寿命长、适合超大倍率的充放电。
技术难点:为了让飞轮电池吸收足够的能量,沉重的飞轮必须以每分钟数十万次的频率进行转动,从而对轴承材料及飞轮电机的真空度产生了很高的要求。飞轮电池由动能储能,因而对外界的震动亦非常敏感,难以适应经常颠簸的车辆行驶环境。此外,飞轮电池的能量密度仅为锂离子电池的一半,且目前难以小型化。
动态前景:飞轮高速转动且低损能必须要有高强度材料以及高温超导体的配合才能实现,动能与电能的高效率转换也需要有高超的电子技术。因此,虽然飞轮储能的原理在千年之前就已经被人们所得知,但是根据此原理制作出成熟的产品还任重道远。
飞轮电池综合评定:
能量密度:★☆
综合性能:★★★★☆
环境友好:★★★★
成本优势:★☆
技术储备:★☆
应用前景:★☆
陸:托卡马克环
原理优势:托卡马克环还有一个大家耳熟能详的名字:核聚变反应堆。准确来说,托卡马克环是实现核聚变反应的一种方式,其原理是使用超高温度将氢的同位素氘和氚加热成等离子体,然后依靠二者的高速碰撞生产氦,在这一反应中会发生质量损失,而损失掉的质量就由质能方程E=mc2转化成了巨额能量。为了束缚住反应堆中的超高温等离子体,需要制造一个环形磁场,托卡马克“环”因此得名。
由于海水中存在着巨量的氢同位素、且核聚变释放的能量绝非常规物理化学反应可以匹敌、核聚变产物也不存在污染,因此如果可以实现应用,托卡马克环将无疑成为人类的终极能源形式。
技术难点:为了满足核聚变产生的条件,托卡马克环的中心温度需要高达数千万摄氏度!在如此高的温度下,等离子体会异常活跃,必须使用超强的磁场才能将其控制住。因此在托卡马克环中,对超高温条件的维持、对反应速率的控制、整个装置的体积及设计等,难度都绝非目前常规电池可比。
动态前景:对于这种人类终极能源形式,各科技强国都在抓紧研究:我国在2006年就完成了持续反应时间长达1000秒的“人造太阳”试验,此成绩一时无双;美国、欧洲、日本等发达国家也都在耗费巨资进行相关研究。
但是对于我们电池人而言,托卡马克环的魅力在于其小型化,但很不幸,可能有生之年我们都无法看到《钢铁侠》、《终结者》中小型化的核聚变电池。但是对未来的期望还是要有的,万一实现了呢!
托卡马克环综合评定:
能量密度:★★★★★
综合性能:★★★★☆
环境友好:★★★★☆
成本优势:★★★★
技术储备:☆
应用前景:★
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