巨电容器颠覆锂电王朝的技能来了？

然而锂电池并非完美。
安全隐患、能量密度及充放电速率（功率密度）依然偏低、寿命偏短等，是锂电池的重大痛点。
如当代主流锂电池的能量密度靠近 300Wh/kg，而汽油的能量密度约 13000 Wh/kg，是锂电池的 40 多倍，且充电比加油的韶光又长很多，使电动汽车在续航里程、便利性等方面较燃油汽车仍有不少差距。
因此下一代电能存储器件的开拓成为业界竞争的焦点，是否会有一种能使安全性、寿命、能量密度、功率密度等性能全面提升的产品？超级电容器作为潜在技能路线之一，曾被寄予厚望。
美国《探索》杂志 2007 年 1 月号刊，将其列为当时天下七大技能创造之一，认为这将是电能储存领域的一项革命性发展。

范例电容用具有两导电极板间夹一层介电质材料的三明治构造，与电池的电化学事情事理不同，它是静电物理储能器件。
当在两极板间施加电压充电时，个中一个的表面会积聚正电荷，另一个相应积聚起负电荷。
与电池类似，电容器经外部电路的负载连接两极板就会产生电流放电。
电容器不仅寿命长且功率密度极高，能以比锂电池大得多的电流快速充放电。
其能量密度 D 正比于极板间电压的平方 V 和介电质材料的相对介电常数 k，即 D∝kV。
因安全性等各种成分制约电压一样平常不可太高，能量密度实际上紧张取决于介电质材料的 k 值。
现有“高k”材料的k值在几百到几千（即10~10），能量密度最高仅为锂电池的1%旁边，这是其重大缺陷。
而所谓超级电容器，则利用具有超高档效 k 值的前辈介电质或电解质形成双电层电容，乃至把电化学性子的“赝电容”也加持进去，等效 k 值可高达几万乃至几十万（10⁴~10⁵）， 能量密度最高可为锂电池的几分之一乃至相称。
但可惜，人们至今尚未见到超级电容器对锂电池的颠覆性前景。

笔者近期从国家专利局网站理解到，一项名为《复相钛酸铷功能陶瓷材料及其制备方法》的授权中国发明专利，表露了一类新型巨介电质新材料以及基于其的巨电容技能，让人看到了电容器储能运用的新曙光。
该专利发明了一类包含被称为 n-钛酸铷（Rb₂Tiₙ O₂ₙ₊₁）的复相钛酸铷功能陶瓷材料，在电学及电化学等方面具有远超现有技能水平的不屈常特性，如常温下高达 10⁹级的巨大 k 值伴随着相对低的介电损耗，以及优秀的绝缘性伴随着 10S/cm 级的离子电导率等。
该类新材料为高能量密度的巨电容器供应了巨介电质办理方案，此外在全固态电池的固态电解质、影象存储单元、电子器件等领域也有着巨大的运用潜力。

该类巨介电质材料的相对介电常数即 k 值，是现有前辈水平介电质材料的几万到几十万倍，按电容器能量密度 D∝kV的关系，意味着采取该类巨介电质的巨电容器，理论上的能量密度也会提高同样的倍数，即达到现有锂电池的成百上千倍！
若巨电容器还沿袭了物理储能电容器寿命长（为锂电池的百~千倍）、充放电速率高（为锂电池的十~千倍） 、全固态及构造大略等优点，综合起来，其性能或性价比岂不将远超锂电池？颠覆锂电王朝的技能真的来了吗？

带着疑问和好奇心，笔者通过一些渠道考试测验对该新技能做了进一步打探。

首先，利用该专利技能制备的新型固态功能材料样品，以及采取该材料制备的一些纽扣式巨电容器样品，早已送样至某国家级第三方威信检测机构进行了专业检测，该机构所出具的正式检测报告表明，样品的比电容量巨大，材料的介电常数即 k 值，在室温下确实达到了 10⁹级的国际领先水平。

此外信息来源还表明，该类巨介电质材料及巨电容器的研发事情在进一步快速推进，旨在于十四五期间实现家当化。
目前的事情已初具如下特色：

① 体积和重量能量密度：器件样品实测值现已达锂电池的 5~10 倍或更高；

② 充放电速率： 为正常电容级，即充满、放完韶光均可做到以秒或分钟计；

③ 循环寿命： 为正常电容级，充放电循环以万次计，确保利用寿命≥10 年；

④ 温度特性： 适用温度范围宽广，为-50℃～+120℃；

⑤ 安全性： 全固态器件，不存在易燃易爆物质；

⑥ 环保性： 无污染；

⑦ 经济性： 器件本钱可控，不高于锂电池。

结语：

不才一代电能存储器件及系统开拓方面，不仅有 LG，三星，宁德时期这样的电池企业，丰田、特斯拉、比亚迪这样的整车企业，还有各种跨行业、高科技、初创及投资类的公司纷纭加码进来。
锂电池从上世纪 70 年代到本日，一起上也曾战赛过很多技能和其他方面的寻衅。
而今，各种技能路线百家争鸣，可以估量它们的家当化路径不都会一帆风顺。
未来的储能器天下，谁能颠覆锂电王朝？或许答案尚未明了，但基于巨介电质的巨电容器展现出的精良性能，让人彷佛感想熏染到了一种脱颖而出的巨大动能。