超级电容器在新能源汽车中的应用研究

随着经济的快速发展，各种不同类型夏津技术手段的应用范围不断扩大，其中储能技术主要是以物理和电化学储能两种方式为主，在物理储能当中，超级电容器在其中的应用具有非常重要的作用，是不可或缺的重要技术装置之一，对电化学储能技术也可以形成有效的补充。此外，目前对能源危机较为明显，各领域对于各种不同类型的新能源进行开发和利用，传统形势下的化学电池被应用在很多领域中，但是要注意的一点是电池自身的放电电流相对比较小，尤其是寿命较短，并不适合实现大范围的使用，特别是对于一些要求较高的领域很难实现合理利用。但是超级电容器的利用可以解决该问题，具有非常高的性能，可以满足各领域发展中的需求，对于新能源汽车来说也是如此。

1 超级电容器使用原理

超级电容器的电化学性能处于传统电容器与化学电池之间，超级电容器在经过长期的演变和发展，无论是在材料或者是在形态等方面都发生了较为明显的转变。与此同时，超级电容器也逐渐朝着电层电容器的方向转变和发展，对其展开的研究也越来越深入，可以满足实际要求，为超级电容器的使用性能提供基本保证 。目前超级电容器通常是由电极、集流体等各部分组合而成，如图1 所示。

由于超级电容器的类型大不相同，所以在具体操作时的原理也具有非常明显的差异性，所以通过电极表面与电解液界面的结合处理，可以促使其逐渐形成具有双电层特点的电容器能量储存，其中充放电的原理，如图2 所示。其中外加电场会导致负极带负电荷，而正极则会带正电荷，在整个充电中，对电解液当中涉及到的阴离子和阳离子等分布情况进行分析，各自分别会快速的移动到对应的正电极以及负电极当中，并在电极表面依附，与富集在电极当中的可自由迁移电子进行中和处理，其中的电解液界面与对应的电极呈现出电中性状态，进而逐渐形成双电层，此时容易产生对应的电容效应。此外，在整个放电过程中，对于已经吸附在电极界面的离子来说，可以释放到对应的电解液当中，这样可以实现对能量的释放。

2超级电容器在新能源汽车中的应用特点

2.1电容量高于传统电容量

在针对超级电容器进行开发和应用时，其可以根据实际情况和要求，弥补传统电容器与电池之间存在的空白问题，具有较为明显的应用优势特点。由于超级电容器在使用时的应用原理与同体积的普通电容器展开对比分析时，其自身对应的电容量要超2000-6000倍左右[2]。由此可以看出，超级电容器本身具有非常高的电容量，可以满足日常生活中各领域的基本需求。

2.2功率密度极高

将超级电容器与传统的电容器进行对比分析时，超级电容器自身的整个等效电阻普遍比较小，可以实现对电荷有针对性的储存和释放处理，所以不难看出超级电容器本身的功率密度与传统电容器相比，要高出一部分，甚至可以高出10倍左右。

2.3充放电时间短，使用寿命长

结合超级电容器在使用时的特点以及性能，通常情况下其处于充放电层面的时候具有较为明显的抗压力，同时系统自身也具有良好的稳定性特征。这种形势下，不仅可以促使系统在充放电时的时间得到合理管控，而且无论是呈现出任何的化学反应， 由于其自身具有良好的稳定性特征，所以在使用寿命以及贮存寿命等方面，与普通的电容器相比都要更理想。但是要注意的是超级电容器在使用过程中，自身也存在不容忽视的劣势，尤其是自身的能量密度普遍比较低，由于作为纯电动驱动力，无法达到长里程的续航标准和要求，所以只能将其应用在对应的混合动力汽车辅助功率当中[3]。在这种形势下，可以与其他不同类型的能源驱动结合起来共同完成各项工作，但是超级电容器的这种特点也导致其在新能源汽车中的应用受到一定限制影响。

3超级电容器在新能源汽车中的具体应用

3.1纯电动力模式

纯电动里模式在目前新能源汽车中的应用具有非常重要的影响和作用，该模式在应用时主要是将超级电容器的电源电机作为其中的重要基础，电机在汽车行驶过程中可以不断的驱动车辆，尤其是在处于制动状态的时候，可以将其逐渐转变成为对应的发动机，实现对能量的回收处理。在选择利用纯电动里模式时，汽车在运行时是指单纯的依靠电力来驱动运行，所以这种电动车的运行原理相对比较简单，更重要的是可以实现零排放的目标。但是需要注意的是这种类型的新能源汽车对充电桩的依赖程度比较高，整个充电过程也比较长，续航能力并不是很理想，即便是充满电，但是可以行驶的距离也比较短，所以比较适合应用在城市内部，作为代步工具来使用[4]。对纯电动力模式在新能源汽车中的应用情况进行深入分析时，发现该模式在使用时主要是将可见光区域与近红外区域等结合起来，这样可以对其中的钙钛矿材料等进行吸收，同时还可以与有机太阳材料结合，将其作为活性层的材料，在后电池以及前电池中都可以实现合理的利用。此外，还可以通过对全溶液处理方式的合理利用，对符合要求的末端叠层太阳能电池进行科学合理的制备和利用，由于其本身具有可以转化17.16%的光电效率，并具有1.64v的开路电压，所以可以与新型正极或者固态聚合物电解质进行结合，这样可以实现对大典雅窗口的合理制备，在该基础上，全固态不对称的超级电容器可以实现稳定的循环使用。另外，在利用全溶液对高导电率有机聚合物的薄膜进行联接和处理时，可以实现对叠层太阳能电池以及对应全固态非对称超级电容器相互之间的集成处理。更重要的是可以对便捷式携带方式进行合理的配制，即便是在无导线的状态下也可以实现与充电电源组之间的有效连接。在经过一系列的研究和测试分析之后，发现目前已经设计出来的自充电电源本身具有较为良好的能量密度作为支持，同时其自身的倍率特性也相对良好，不仅放电时间比较长，而且整个充放电过程也相对比较稳定。由此可以看出，在具体实施过程中，对于自充电电源组来说，可以将太阳能电池进行转换处理，对于准转换之后的太阳能可以直接储存在超级电容器当中，这样可以满足新能源汽车在充电时的基本需求。

3.2混合动力模式

混合动力模式在新能源汽车中的引入和利用具有非常重要的影响和作用，超级电容器在发动机运行时可以起到一定的辅助效果，在汽车呈现出启动状态之后，发动机可以直接接住发电机，将现有的电能转化成为电能，在经过逆变器以及相关设备的处理之后，可以直接变成对应的直流输出到对应的电动机当中[5]。而此时在汽车启动之后，如果车速无法达到提前设定好的标准值，那么会直接由电机分别带动处理，车辆在行驶过程中一旦遇到路面情况相对比较差的问题，可以立即启动超级电容器，以此来为汽车提供电能。在新能源汽车行驶时，行驶速度在达到对应的设定值之后就会立即停机，此时的新能源汽车主要是以现有的发动机作为动力，在目前现有的工艺当中，对于多余功率可以应用在超级电容器的充电中，通常在车辆停止之后，超级电容器就可以自动向蓄电池中放电处理。

要想保证超级电容器在新能源汽车中得到合理的应用，需要对现有的诸多技术手段进行创新和优化。结合目前超级电容器的应用现状，仍然处于辅助状态，电池一直都是其主要主动力，无论是对于燃料电池汽车或者是对于混合动力汽车来说，电池仍然是能量储备时都首选基础。超级电容器在使用时多数情况下是作为辅助或者是补充处理，或者可以起到一定的缓冲效果，促使电池的使用寿命得以延长，这样才能够促使其整个充放电的效果得到强化。虽然目前超级电容器在能量领域中的整体发展形势良好， 也逐渐获得很多汽车制造商的认可和重视，但是从目前的发展角度来看，对于锂电池以及镍氢电池的依赖度仍然很高，究其原因主要是由于超级电容器本身需要投入造价成本较高，且能量密度越比较低。因此，在新能源汽车内部，通过对混合储能系统的合理利用，促使各种不同类型的可再生能源全部都集成在一起，保证其运行效率得到提升。由于超级电容器本身是一种由电极材料组合而成的电化学装置，可以将电能直接转换成可以存储的电解液能量，并利用相似的蓄电池方式直接储存在对应的超级电容中。需要注意的一点是对于燃料电池或者是电化学电池来说，超级电容器自身的优势特点较为明显，不仅功率密度高，而且可以实现长期的使用，可以满足新能源汽车在运行时的需求。由于其与传统汽车中使用的蓄电池相比体积要更大一些，所以可以降低车辆本身的重量，而在顶棚上选择和利用光伏电池来对太阳能进行采集，已经成为一种普遍的现象，尤其是在纯电动客车等各种不同类型的大型车辆上可以实现合理利用。但是要注意的是如果使用相同的装置，对该类型能源进行储存，那么在混合动力电动汽车发展中，其发展方向可能会受到影响。太阳能超级电容器在使用时，可以实现对太阳能电容器有效的储存和分析，与锂离子相同的化学键作为基础，与金属负极连接，这样可以从中获得相对较大的容量支持。另外在目前超级电容器不断快速发展的形势下，碳材料是其中非常重要的材料之一，尤其是在双层电容器中的应用效果良好。

3.3绿色环保模式

新能源汽车近年来的发展形势良好，发展规模也不断扩大，技术越来越完善，可以满足人们的出行需求，更重要的是可以实现节能降耗的目标。某新能源汽车在研发和推广时，对新能源的核心技术不断加大投入力度，通过对锂离子电池超级电容器动力体系的应用来满足新能源汽车的需求。如今，该新能源汽车企业在经过不断深入研究后，纯电动客车以及插电式混合动力客车等都相对比较完善，可以在市场中占据有利位置，实现对绿色新型环保汽车的大力开发和推广。

4结语

超级电容器在新能源汽车中的应用具有非常重要的作用，不仅具有良好的功率特性，而且可以满足新能源汽车的需求，但是其在功率以及能量密度等方便也存在短板。所以要结合新能源汽车行驶以及发展要求，对超级电容器进行合理的利用，满足性能要求，并对相关技术进行更加深入的研发和利用，保证将超级电容器的性能优势最大化发挥出来，为新能源汽车的可持续发展提供支持。

参考文献：

[1]张彦，董纪圣，张华君，等.新能源汽车用电器低感直流测试技术研究[J].电器与能效管理技术，2023，（12）：60-64+70.

[2]陈碧雯.新能源汽车动力电池应用现状及发展探讨[J].时代汽车，2023，（21）：95-97.

[3]郝康乐.电化学储能技术在清洁能源汽车中的应用与发展[J].化纤与纺织技术，2023，52（05）：26-28.

[4]范成君.新能源汽车动力电池应用现状及发展[J].时代汽车，2022，（21）：102-104.

[5]连通通，董晓坤，高江姗，等.基于热电转换的超级电容器性能及应用研究进展[J].科学通报，2022，67（14）：1567-1578.

作者简介：胡常波（1981.12-），男，汉族，河南新县，硕士研究生，中级，主要从事材料学，功能材料，新能源材料的研发，锂离子电池正极材料、磷酸牙铁锂、人造石墨负极材料、钠离子电池硬碳负极材料研究及相关量产工艺、技术开发相关工作