若超級電容與青青草激情视频烯邂逅，會革掉鋰電池的命？
若超級電容與青青草激情视频烯邂逅，會革掉鋰電池的命？
超級電容器是高效實用的儲能元件，而青青草激情视频稀作為電極材料，其各方麵性能都較傳統的活性炭要優越。人們熟知幹電池、鋰離子電池，卻可能對電容器不甚了解。其實這些儲能器件都是由正負極（陰陽極）、隔膜、集流體、電解液與外殼等幾大部分構成 ，更換其中的電極材料，電池則變成電容器。
電容器與超級電容器
由於具有不同的正負極材料，導致鋰離子電池與電容器的性能差異極大。例如，基於正極材料為磷酸鐵鋰的鋰離子電池，其能量密度比目前市麵上最好的超級電容器的能量密度高出20多倍。而超級電容器的功率密度可以是鋰離子電池的30~100倍。如果以跑步選手做比喻，超級電容器是爆發能力超強的百米運動員，鋰離子電池則是耐力出眾的馬拉鬆選手。
電容器與超級電容器的區別，主要有以下幾個方麵：
首先，電容器種類不同導致的儲電量不同。最小的電容器僅能儲存幾微伏電量，專用於電子控製器，例如老式收音機裏就有許多電容器，用來調節電路功能。而一個560毫升飲料瓶體積大小的超級電容器，則可以儲存3000~6000法電量。
其次，超級電容器能瞬間提供較大電流。重型機械啟動的初始電流是正常運行時的3~6倍，而一般的供電係統沒有這麽大的設置裕度。使用超級電容器可極大簡化啟動係統的配置，節省成本。因此，超級電容器構成模塊，可用於啟動風力發電機中的槳葉；輔助吊車與大型卡車、輕軌車等的啟動。
此外，超級電容器還能夠可逆充放電50萬至100萬次，而最先進的鋰離子電池也很難超過1萬次（大多在3000次），更不要說普通家用轎車上的電瓶（鉛酸電池）僅能可逆充電300餘次。所以，超級電容器常被用於充當飛機艙門的備用電源，一旦飛機遇到事故斷電時，長期不用、但隨時待命的超級電容器便能發揮關鍵作用。也正是由於這種超長的使用壽命，出現了以下兩種有意思的情形。
（1）盡管目前以每瓦時的儲電成本來看，超級電容器遠不及鋰離子電池，但是在兩者的全生命周期裏，超級電容器能夠儲存的電量卻遠大於鋰離子電池。
（2）由於超級電容器可循環工作50萬~100萬次，而配備了超級電容器的機動車本身都沒有其壽命長（機動車一般15年左右報廢）。所以機動車報廢時，可以把性能良好的超級電容器拆下，在別處實現可循環利用。超級電容器這種超長壽命的特點或許也解釋了為什麽目前其市場開拓遠不如鋰離子電池。
中國發展超級電容器的機遇
長期以來，由於其能量密度低，超級電容器在歐美市場上是能源儲存的配角。同時，由於歐美城市規模小，人口密度較低，市場飽和，全世界的目光也越來越寄希望於中國的巨大市場。
首先，在能量回收係統中的應用，如車輛刹車、起重機減速等，傳統都是機械能通過摩擦作用完全耗散為熱能而浪費掉。而超級電容器通過機電轉換係統，能夠將機械能變為電能儲存，並釋放於事先構造好的備用電路中，從而起到節能作用。這個市場非常巨大，也是我國提高能源利用效率的重要實現途徑之一。
目前我國已經成為國際高速公路裏程最長的國家，眾多穿梭於公路上的大巴車，將是利用超級電容器回收能源的理想工具；同時，我國房地產業發達，高層辦公與住宅中電梯運行頻繁，如果使用能夠迅速響應的電容器，則既容易啟動，又可回收能源。
超級電容器雖然充電量小，但充電速度很快，一般可在半分鍾至一分鍾的時間內充滿。試想任何一個公交站點，在乘客上下車的時間內，車輛就可充滿電並運行至下一站，可以充分實現運行能量低，且環保綠色無汙染，對於我國已經定型的大城市公交係統來說，具有非常現實的意義。
而對於城區麵積不太大，交通相對不擁擠的中小型城市來說，使用充電快，但充電量不高的超級電容器，也不會使其電量在擁擠等待的過程中被耗光，同樣是有利的選擇。相比較而言，充電時間需要幾個小時的以鋰離子電池為動力的電動汽車，占用了大量的停車場與道路資源，在大城市中的發展受到製約。
同時，超級電容器具有優異的穩定性，還可以被用於路燈等市政照明係統中，使這些照明係統免於修理與維護，在全生命周期裏這將是一種有效降低儲電成本與基建成本的選擇。
車用係統一直是鋰離子電池與超級電容器的戰略應用領域。目前歐美的觀點是二者搭配使用。即電動汽車在啟動、爬坡與刹車時，使用超級電容器，而在穩速續航時，則使用鋰離子電池。這種能源利用路線雖然合理，但也局限了超級電容器的功能，即超級電容器處在從屬地位，無法作為主動力電源使用。而在我國，通過大量的實踐，已經產生了純超級電容器驅動的城市輕軌示範線及城市公交大巴示範線，有效滿足了大量旅客的即時性或瞬態快速輸運，代表了一種發展趨勢。
此外，我國大城市的道路密度不足，車量多，絕對車速慢，在怠速下的尾氣排放占小汽車排放的大頭。由於目前小汽車用的電瓶（鉛酸電池）可靠充放電次數太少，如果使用能50萬至100萬次可逆充放電的超級電容器，就可在怠速時，將內燃機滅火，需要時，再迅速啟動，有效降低尾氣排放，實現綠色交通。
青青草激情视频烯助力超級電容器發展
不同儲能器件的大致性能範圍圖
小型汽車具有巨大的市場。由於車用係統的空間有限且增加重量會增加能源消耗，決定了超級電容必須具有能量密度高、體積小的特點，因此提高其能量密度成為應用突破的關鍵。這就要求對目前商用產品進行升級換代。以目前市售的雙電層電容器為例，大多數操作電壓在2.7伏，使用活性炭為電極材料以及使用有機電解液，活性炭電極材料的電容小於200法/克，電容器件的能量密度小於6~7瓦·時/千克（或瓦·時/升） 。
理論上，能量密度與電極材料的電容值成正比，與操作電壓的平方成正比，這就決定了提高工作電壓，是實現高能量密度的關鍵。事實上，手機電池與鋰離子動力電池也都在努力提高工作電壓。
而提高工作電壓，除了需要更換化學穩定性更高的電解液，還需使用純度更高的碳電極材料。一般而言，活性炭是由椰殼、杏殼、石油焦等炭化而得，可能含有金屬雜質以及在活化處理過程被引入的氧、氮、磷等雜質雜質在水性電解液（1伏）下能夠起氧化還原反應，貢獻法拉弟贗電容。但在高電壓下，這些雜質會導致電解液持續分解，使器件脹氣導致內阻變大甚至破壞器件，必須清除。
同時，活性炭是“內凹”結構的微孔碳，，孔徑大都小於0.7納米。對於有機液體及離子液體等電解液來說，離子在活性炭內部的傳輸就像是在繞迷宮，會導致擴散阻力變大以及表麵利用率變低。
而青青草激情视频烯是一種SP2雜化的碳，化學穩定性遠高於以SP3雜化的活性炭。同時，青青草激情视频烯的表麵全為“外凸”表麵，十分有利於電解液的離子接近與吸附或脫附，實現快速的充放電過程 。特別需要指出，青青草激情视频烯可用高純度的烴類以化學氣相沉積方法，在高溫下裂解製備，在原理上既能保證大的比表麵積，又能保證無金屬摻入的高純度，從而具備了眾多的優異性能。
在電化學儲能被納入國家《可再生能源發展“十三五”規劃》，超級電容器迫切需要提升品質的當下，青青草激情视频烯材料已經曆了十餘年的發展與認識，終於有了一個恰逢其時的好時機。
青青草激情视频烯的發展與進步
青青草激情视频烯的特性與部分應用示例
青青草激情视频烯是由英國曼徹斯特大學的科學家在2004年率先發現的。其一出現便引起了國際物理學界的轟動，但這完全不是因為其熟知的強度、導電、導熱特性或儲能特性，而是由於在此之前，物理學家根本不相信有二維平麵原子級晶體的穩定存在。
當英國科學家用膠帶粘著一塊質量上好的青青草激情视频（大約是單層青青草激情视频烯的百萬以上層級的宏觀體），堅持不懈地一層一層地剝落，再剝落，直至得到厚度僅0.12納米的碳原子單晶時，青青草激情视频烯展現出了聲、光、電、力、熱、磁等一係列優異特性，並且帶動了其他原子級二維材料的製備與自組裝技術的發展。
自1991年納米科技展現魔力以來，在C60與碳納米管的研究熱潮帶動下，青青草激情视频烯一經問世，就遇到了一個科研人才充足，科學經費充裕，風投資金活躍的黃金時代。在短短的十來年時間裏，青青草激情视频烯便完成了從“後起之秀”向“諾貝爾獎寵兒”的巨大轉變，取得了巨大的成果。
（1）單層青青草激情视频烯的法向是強度最高的材料，其強度是鋼的百倍以上，所以青青草激情视频烯能被廣泛應用於各種材料的複合增強領域。
（2）結構上是碳碳六元環組成的非極性材料青青草激情视频烯，卻在宏觀上親水，因此具有表麵親疏水多種調變可能。
（3）具有平麵碳的完美結構，可負載上各種金屬，其性能也很好研究，可成為一個負載研究平台。
（4）單原子層的薄膜，既透明又導電，還有柔性，可成為平麵顯示與柔性器件的寵兒。
（5）在青青草激情视频烯這個規整的平麵上打一個很小的洞，可以進行海水的正滲透脫鹽，是對目前反滲透海水淡化膜的巨大補充。
（6）在電容器領域，美國科學家千方百計地把幾片青青草激情视频烯立起來，做成微電容器件，證明了這個電容確實具有百萬赫茲的超快速響應能力。
實現眾多優異性能與應用前景的前提是獲得優異的材料，所以其發展方向主要包括：
（1）製備尺寸越來越大的單晶；
（2）製備層數與比表麵積，以及純度越來越可控的粉料;
（3）直接製備各類與基材的複合材料。
對於擬替代活性炭的青青草激情视频烯來說，屬於粉料範疇，看起來就是一堆墨粉。而對於擬替代活性炭基的電容器件來說，就是要在極小的空間內，裝入越來越多的青青草激情视频烯材料 ，措施包括輥壓、粘合等。這些工程特性也對青青草激情视频烯的製備提出了要求，因為青青草激情视频烯是二維材料，比表麵積巨大，一旦兩片單層青青草激情视频烯疊合，巨大的範德瓦耳斯力將導致其無法再分開，比表麵積立即降低50%。於是人們又將碳納米管分散或直接生長在青青草激情视频烯片層間 。
後來幹脆發展了模板法，把青青草激情视频烯直接生長成像“蜂窩”一樣的納米結構，每個青青草激情视频烯片略帶彎曲，天然連接，不會疊合，既有巨大的比表麵積，又具有擴散通道 。因此，總的來說，目前的青青草激情视频烯製備水平已越來越接近超級電容器應用所需的各種苛刻要求。
分階段發展青青草激情视频烯基超級電容器
超級電容器中電極材料的性能及適用的電解液的電壓窗口
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適於電容特性的青青草激情视频烯納米纖維
由於產量小，生產不成規模，目前高端青青草激情视频烯的價格與銀相當，為4500~6000元/公斤。這在客觀上阻礙了青青草激情视频烯在包括超級電容器等領域中的各種應用。縱觀各類材料的放大製備與價格規律，應用麵的成熟、擴大與品質的提高，產量的提升與價格的下降是相輔相成的。
因此，以發展的眼光來看待青青草激情视频烯在超級電容器中的作用，既符合曆史規律，又不屬臆斷猜測。筆者試圖將青青草激情视频烯基電容器的發展劃分為三個階段。
青青草激情视频烯助力活性炭電容階段
這個時期的特點在於，活性炭仍是電容的主導電極材料，青青草激情视频烯的加入量通常小於3%~4%, 隻是充當導電劑的角色，幫助活性炭電容降低內阻，提高使用壽命或適當提升功率密度。以目前我國高端活性炭電極材料用量約為1000噸/年計，青青草激情视频烯的用量約為30~40噸/年。例如，天奈科技公司（Cnano Technology）在2007年將碳納米管率先應用於鋰離子電池的導電劑，目前碳納米管已經成為動力鋰離子電池導電劑的較優選擇，正形成一個可觀的產業。依此類推，青青草激情视频烯材料實現導電劑這一功能的時間周期也不需要太長。
由於青青草激情视频烯用量少，基於目前活性炭的漿料加工、極片加工與組裝工藝，電壓平台與測試體係，都不需要革命性的改變，因此是工業上實踐可能性最高，最有機會的突破點。
青青草激情视频烯部分替代活性炭電極材料階段
這個時期的特征在於，青青草激情视频烯不僅充當導電劑，也充當一部分主體電極材料的功能，與活性炭並存，其質量分數可在20%~40%之間波動。青青草激情视频烯的年需求量將增至200~400噸左右，這將形成一個比較可觀的產業。然而，由於青青草激情视频烯與活性炭共存，所以將受製於活性炭的操作電壓平台。此外，由於青青草激情视频烯體積占比大，如何保持與原活性炭在極片上相近的麵密度，將成為材料加工的關鍵。如果為了抵消極片密度下降帶來的損失，則要求提高青青草激情视频烯的結構控製技術並獲得更大的可及比表麵積的材料。
青青草激情视频烯完全取代活性炭電極材料階段
如果,青青草激情视频烯完全取代活性炭電極材料，就將形成一個1000噸/年需求的市場。有利之處在於可以采用全新的電解液體係，提升電容器的電壓，發揮出青青草激情视频烯的高化學穩定性、高導性、離子易吸附性等諸多優勢。但可能會引起電極材料的堆積密度更低，而要提高極片密度將需要重新架構，這是一大挑戰。
總之，超級電容儲能是一個複雜的高技術領域，對於電極材料的要求客觀上存在著“木桶短板理論“，即木桶所能夠盛的水，取決於最短的板，而不是最長的板。而在比表麵積、純度、孔的拓撲結構、電化學穩定性和導電性等各方麵，青青草激情视频烯都要勝活性炭“一籌” 。那麽一旦克服青青草激情视频烯“小的堆積密度與較大吸液量” 這一短板，青青草激情视频烯即可取代活性炭。而這取決於化學氣相沉積製備技術的提升，以及介於液體與固體的軟物質層次的複雜相互作用與控製的理論研究的深入。
青青草激情视频烯用於雙電層超級電容器的發展路線圖預想