IDTechEx在本报告中解释了为什么超级电容器及其变体仍然没有规模起量。这在很大程度上是因为锂离子电池的发展速度太快,成本直线下降,使得超级电容器仍然仅是一种具有最佳可靠性、最长寿命和最快充放电的利基应用。不过,这也显现了全新的材料和结构形式带来的改变,吸引了更多的科研人员和全球巨头的投入。很快,超级电容器将在更多的应用领域与电池正面竞争,而且还将涉及可食用和纺织物等形式,“重新定义战场”。人们对电动汽车快速充电、加速以及仿生男女机器人的兴趣日益浓厚,更凸显了新型超级电容器的优势。
2020~2040年超级电容器活性电极材料市场预测
IDTechEx首席执行官Raghu Das表示,“超级电容器将具有可拉伸、生物相容和生物降解等物理性能,而电池很难实现。想象一下,如果一辆电动大巴在停车场停留的片刻,几秒钟内就可以完成充电得有多棒!事实上,在中国,已有一些超级电容器巴士由于在使用寿命结束时没有回收或再利用问题(没有贵重材料和有毒物质)而得到推广。尽管它们现在还没有足够长的续航里程而获得主流应用,但有几个研究项目正在以此为目标。”
增加能量密度需要最大化有用的电极面积。这方面,新的选择是分级型(hierarchical)或外嵌型(exohedral)电极。分级结构含有不同尺寸的孔(从微孔到大孔),很多孔结构相互连接并以分级的形式组装起来。这些电极材料目前是由椰子、瓜皮、木材、松针或鱼鳞热解制成,以实现成本效益方面的权衡。
外嵌型是指具有大比表面材料的微观阵列,特别是碳同素异形体(如石墨烯和碳纳米管),以及最近研究的其它二维材料(如MOF)。对于这两种类型,严谨合成可能在生产中过于昂贵。碳化物中的碳也可能产生混合物和杂质。
超级电容器材料的新兴选择
本报告在引言部分解释了成本和重量、功率密度和频率的权衡,以增加能量密度。了解超级电容器、BSH和法拉第准电容器的优化、研究、待改进参数的开发方法,以实现规模应用。
本报告在第3章着重讨论了如何通过分级和外嵌型电极来提高纯超级电容器的能量密度。第4章详释了改善功率密度的商业影响。第5章解释了对自漏电改善的强烈期望,在这方面投入了大量研究。第6章深入研究了法拉第准电容器。
第7章探讨了在上述所有选择中至关重要的超级电容器电解液,用大量图表比较了参数和配方、溶剂溶质vs离子、水性vs非水性、毒理学、应用趋势等。第8章介绍了石墨烯在复合材料多种变体中的应用,其形态和纯度,包括一些生产中的超级电容器。第9章将此扩展到了MOF及其它二维材料。第10章对碳纳米管也做了同样的研究,包括原因、进展和计划。还介绍了碳纳米纤维(CNF)、气凝胶和水凝胶,它们通常优先考虑承载、柔性和其它结构形式,而不是能量密度。
第11章主要聚焦了超级电容器车辆车体、轮胎和线缆。第12章介绍了柔性、透明、耐磨、可拉伸、纸质和微尺寸的材料。附录给出了2010~2020年商用超级电容器使用的材料。IDTechEx在这份报告中引用了最全面的优秀研究成果。先进材料厂商可以从本报告中看到实质性的大量新机遇。
若需要《超级电容器材料及结构形式-2020版》报告样刊,请发E-mail:wangyi#http://memsconsulting.com(#换成@)。