盖世汽车讯 据外媒报道，德国慕尼黑工业大学（Technical University Munich，TUM）的合作团队研发出一款超高效超级电容器。该款储能装置以新颖、强大且具可持续性的石墨烯混合材料为基础，性能数据与当前使用的电池相当。

由MOF与石墨烯酸制成的石墨烯混合材料（图片来源：慕尼黑工业大学）

通常，储能设备与为电子设备提供能量的电池以及蓄电池相关。不过，如今越来越多的笔记本电脑、手机或汽车开始安装超级电容器。

与电池不同，超级电容器能够快速存储大量的能量，并以同样快的速度释放大量能量。例如，如果列车进站时刹车，超级电容器就会存储能量，并在列车启动需要快速得到大量能量时将能量提供给列车。

但是，迄今为止，超级电容器都有一个问题，即能量密度不足。锂蓄电池的能量密度可高达265 KW/h，而超级电容器的能量密度只达其十分之一。

可持续性材料提供高性能

现在，与慕尼黑工业大学合作的团队为超级电容器研发了一种新颖、强大且具可持续性的石墨烯混合材料，可在储能设备中充当正极。研究人员正将其与基于钛和碳制成的负极相结合。

此种新型储能设备不仅能量密度能够达到73 Wh/kg（与镍金属氢电池的能量密度相当），而且比现有大多数其他超级电容器的性能更优，功率密度达16 kW/kg。该款新型超级电容器的秘诀是其结合了各种不同的材料，因此化学家将其称为“非对称”超级电容器。

混合材料：大自然就是模范

研究人员利用一种新策略——混合材料来克服标准材料的性能限制。研究人员表示：“自然界中充满了复杂、因进化而得到优化的材料，如骨头和牙齿，此类材料的硬度和弹性等机械性能都通过与各种材料的自然组合而得到了优化。”

研究团队将结合基础材料的抽象概念转移应用于超级电容器。在此基础上，他们在该储能设备中采用了在化学性能上得到优化的石墨烯正极，将其与纳米结构金属有机框架材料，即MOF相结合。

强大且稳定

石墨烯混合材料一方面具有较大的比表面积和可控的孔径大小，另一方面还有较高的导电率，也是该款超级电容器达到较高性能的决定性因素。

由MOF与石墨烯酸制成的石墨烯混合材料（图片来源：慕尼黑工业大学）

较大的比表面积对于实现良好的超级电容器至关重要，能够让材料内部各自收集较大数量的载流子，这也是存储电能的基本工作原理。

利用巧妙的材料设计，研究人员将石墨烯酸与MOF联系在一起，最终得到的混合MOF具有非常大的内表面积，可达900平方米/克，能作为超级电容器的高性能正极。

长时间的稳定性

不过，这也不是该种新材料的唯一优点。为了实现一种化学上具有稳定性的混合材料，材料的不同成分之间需要强大的化学键，与蛋白质和氨基酸之间的化学键相同。因此，研究人员将石墨烯酸与一种MOF氨基酸连接起来，从而形成了一种肽键。

纳米结构组件之间的稳定连接在实现长期稳定性方面具有巨大的优势，此类化学键越稳定，充放电循环的次数就会越多，而且不会对储能设备的性能造成显著损害。

相比之下，普通锂蓄电池的使用寿命约为5000次充放电循环，而慕尼黑工业大学研发的新型超级电容器即使在1万次充放电循环后，仍可以保留近90%的容量。

步进的“电池”：不起火才能确保最基础的安全

新能源技术无疑是智能汽车时代下的“新趋势”，除了最为基础的电气化架构之外，强化电池技术和提升安全性显得尤为重要。在2020年里，众多企业也纷纷向着这方面在努力，甚至还宣称将推出“永不自燃”的电池组。另外，作为当下最符合国人用车需求的油电混动技术，在今年内也得到了很大的进步。

比亚迪“刀片电池”

核心特点：体积更小更轻、稳定性更好、安全性更高、续航里程有提升

在今年3月29日，比亚迪正式推出自研的新一代磷酸铁锂电池——“刀片电池”。该电池相比传统铁电池，其体积比能量密度提升了50%（不亚于三元锂电池），并具有高安全、长寿命等特点，整车寿命可达百万公里以上。

“刀片电池”长96厘米、宽9厘米、高1.35厘米的单体电池，通过阵列的方式排布在一起，就像“刀片”一样插入到电池包里面，在成组时跳过模组和梁，减少了冗余零部件后，形成类似蜂窝铝板的结构等等。可以说刀片电池通过一系列的结构创新，实现了电池超级强度的同时，电池包的安全性能有大幅提升，体积利用率也提升了50%以上。

目前刀片电池已率先搭载在了全新“王朝家族”的旗舰级轿车比亚迪汉EV上，使得该车NEDC综合工况续航里程达到了605km，百公里加速3.9s。随后在2021年还将会陆续使用到更多旗下的EV车型之上。

高能点评：其实“刀片电池”是2019年比亚迪提出的“超级电池”计划，相比传统铁电池的确有着很大的进步和优势，不过像“低温状况充放电性能差”和“碰撞后修复困难”也是缺点所在，未来能否与宁德时代主流的三元锂电池共同瓜分市场，还有待进一步观察。

掺硅补锂电芯的电池技术

核心特点：超高能量密度、永不自燃

“掺硅补锂电芯”技术是由智已汽车和宁德时代共同提出和研发的。据透露，基于“掺硅补锂电芯”技术的电池，其能量密度较现在行业领先水平将高出30％－40％，并在智己汽车的全新架构宽带内，最高可实现约1000km的续航、20万公里零衰减。另外，被宣称的“永不自燃”也是最大亮点。

什么是“掺硅补锂电芯”技术？据了解，811电池要搭配硅碳和硅氧使用，但是SiOx会存在首次效率低的原因，而需要补锂工艺才能实现。硅碳负极补锂工艺则是在硅碳负极表面预涂一层锂金属，该涂层与负极紧密接触，在灌注电解液后与负极发生反应嵌入负极颗粒内部，预存一部分锂离子在负极内部，从而弥补首次充放电或者循环过程中由于形成或修复SEI膜所需要消耗的Li离子。

另外，据称智己量产车型上的电芯还将采用全新的配方均衡优化，通过特殊设计实现热管理通道隔热阻燃，实现更高的安全性，官方称为“全球最高的能量密度电池、永不自燃的次世代超级电池”。

高能点评：在石墨烯电池还未使用起来之前，掺硅补锂电芯似乎是目前很先进的技术，最主要还是能保障电池组的高安全性。“永不自然”无疑是句广告词，但极大避免起火的确是真，只是搭载这种电芯的量产车至少还要等上1年。

石墨烯电池

核心特点：高导电性、高强度、超轻薄、极速充电、高安全性、应用领域更广泛

石墨烯电池无疑是能够给当下电池产业，乃至电动车产业带来变革的全新电池。得益于其所拥有的优良导电性和特殊的三维结构，可以研发打造出“超级快充电池”。在8分钟内可充满80%电量，并能实现充电10分钟续航200-300km，从而有效的提高了电池的充电效率，也保证了汽车电池整体的安全性。

在今年北京车展中，广汽集团就展示了石墨烯电池的成果和特点，并表示目前已在石墨烯技术上获得专利，并覆盖石墨烯制备、超级电容器、快充电池等多个技术领域，而随后石墨烯超级快充电池则将在Aion（埃安）系列车型上实现量产搭载。

高能点评：石墨烯电池已吸引了更多企业的入围，尤其是广汽埃安品牌独立运营后，如果再得到石墨烯超级快充电池的助力，充电时间可以说能与燃油车加油时间相当，这无疑能大幅提升全系车型的市场竞争力，我们拭目以待。

来源：盖世汽车,腾讯汽车洞察者

注：文章内的所有配图皆为网络转载图片，侵权即删！

来源：贤集网   著作权归作者所有。商业转载请联系作者获得授权，非商业转载请注明出处。