锂离子电容器将驱逐双电层电容器.docVIP

锂离子电容器将驱逐双电层电容器？ 应用促使市场启动 “有可能取代现有的双电层电容器”——锂离子电容器的开发人员异口同声地这样表示，显示了对这种器件的性能及发展前景的自信。虽然对锂离子电容器的开发此前一直都在进行，但以2005年富士重工宣布采用多并苯（Polyacene）扩大容量的技术为契机，开发速度进一步加快。2008年出现了决定量产的厂商，2010～2011年市场将全面启动。 　　双电层电容器的市场规模目前约为40亿日元。调查公司日本Hiedge Institute董事长东谷仁志表示，这是“保守的数字”，他预测锂离子电容器到2020年将发展成80亿日元以上的市场（图1）。 图1 锂离子电容器的市场预测预计2009～2010年开始量产。2011年前后市场全面启动，到2020年市场规模达到80多亿日元。（本刊根据日本Hiedge Institute公司资料制作） 越来越多的实际应用促使市场启动 锂离子电容器采用将锂离子充电电池的负极与双电层电容器的正极组合在一起的构造，因而具备优于双电层电容器的电气性能。 目前，锂离子电容器已开始被应用于实际业务中。日本福岛县海上的海洋天然气田采掘设备（钻井平台）所引进的风力发电设备中，就与21台小型风力发电装置一起，安装了采用锂离子电容器模块。虽然该钻井平台已停止工作，今后将供在海中储存二氧化碳的实验应用。为了确保钻井平台的维修用电，钻井平台上设置了日本Zephyr公司的小型风力发电装置“Air Dolphin”及电容器模块（图2）。1年左右的试运转之后，2008年6月开始正式运行。Zephyr董事长伊藤瞭介对锂离子电容器的发展前景极为看好，“对风力发电而言，锂离子电容器是一种极佳的器件。希望今后全面普及”， 注1）。 图2 采用了锂离子电容器的Zephyr公司风力发电设备 设在风车与逆变器之间的电容器模块，能够吸收随风力大小而大幅变动的发电量，起到缓冲器的作用（图3）。如图3的图表所示，即使突然发电停止，也可通过使用电容器模块中蓄积的电能，使逆变器的输入电压保持正常。另外，一般来说，在低于逆变器损耗的、微风时的小发电量无法储蓄，而通过暂时将电储存在电容器中，就可实现蓄电。相反，在产生超过逆变器额定容量（1kW）的发电量的强风时，通过向电容器内蓄电，即可避免浪费所产生的电能。电容器模块是由Zephyr与JM Energy共同开发的。“当初曾担心10枚电池单元电压之间的性能不平衡，但近1年来的运转情况表明运行十分稳定”（Zephyr公司伊藤）。 图3 风力发电设备中锂离子电容器的作用在各个发电机中设置锂离子电容器模块，逆变器通过电容器接收来自发电机的电力（a）。通过电容器调节施加给逆变器的直流电输入电压，即使风车停转、供电停止，也能释放储存在电容器中的电能，防止流向逆变器的电流出现剧烈的输入输出变动（b）。（图：本刊根据Zephyr公司资料制作）还可用于街灯 　　此外还有其他的采用事例。日本L光源（L-kougen）公司开发出了集LED照明、太阳能电池面板及锂离子电容器于一体的街灯，该公司的试制品已被日本宫崎县试验性引进（图4）。“长期无需维修，而且很轻，可安装在照明灯上使用”（L-kougen董事长清濑庆太）。 图4 采用锂离子电容器及LED照明的路灯集太阳能电池板、LED照明及锂离子电容器于一体的试制品（a）。在日本宫崎县得到采用。使用白天储存在锂离子电容器中的电能来点亮LED（b）。由于采用了电容器，因而能够高效率地储存变动较大的、来自太阳能电池板的电能。 　　试制品以平均0.6W的功率，驱动2只1W的LED照明灯。由于街道位于周围没有其他照明的暗处，因此，如果充满电的话，足够一个晚上使用。虽然也探讨了采用镍氢电池的可行性，但要应对发电量的变动，控制模块等会变得很复杂。因此，采用了能轻松应对发电变动、且能量密度较高的锂离子电容器。电池单元采用了Advanced Capacitor Technologies（ACT）开发的“Premlis”电容器的静电容量为5000F的电池单元 注2）。 越电双层电容器的性能 可以直言不讳地说，锂离子电容器的性能全面超过了双电层电容器。差异最大的是能量密度的大小。主要样品的单位体积的能量密度大致为10～30Wh/L，其中有的甚至像ACT公司的电池单元那样超过了40Wh/L。是10Wh/L以下的双电层电容器的3～5倍（图5、图6）。虽然这一指标还赶不上锂离子充电电池，但等同或者高于铅蓄电池。能量密度高，意味着可实现电容器模块的大容量化，或者在相同能量条件下实现模块的小型化。 图5 锂离子电容器的电气性能不仅电气性能，安全性及循环使用特性等也很出色（a）。特别是能量密度方面，虽然赶不上锂离子充电电池，但却是双电层电容器的数倍，并且不