1.汽車啟停電源

汽車啟停電源是混合型鋰離子電容器潛力最大的目標(biāo)應(yīng)用市場，也是我們開發(fā)HyLIC的一個主要出發(fā)點。

節(jié)能與減排是汽車行業(yè)面臨的生死存亡的問題。國家能源戰(zhàn)略和法規(guī)都給汽車的節(jié)能減排工作制定了苛刻的標(biāo)準(zhǔn)，給汽車行業(yè)帶上了“緊箍咒”。《乘用車能耗核算方法》規(guī)定，到2020年我國乘用車新車的平均油耗不高于5.0升/百公里。目前的汽車企業(yè)基本無法達到這個標(biāo)準(zhǔn)。而在現(xiàn)有條件下，大規(guī)模的發(fā)展新能源汽車還為時尚早，需要在傳統(tǒng)汽車動力系統(tǒng)改進和更新上多做文章。汽車啟停系統(tǒng)通過回收汽車制動時的能量，用于汽車在交叉口的啟停和怠速使用，可減少排放20%，同時節(jié)約能耗15%，被認(rèn)為是目前傳統(tǒng)汽車應(yīng)對新法規(guī)最切實可行的途徑。如果40%采用啟停電源系統(tǒng)，市場容量超過800萬套。

目前汽車啟停電源系統(tǒng)主要采用LIB作為電源，但是，普遍反映的應(yīng)該問題是節(jié)能效果不佳。為了多這個問題進行認(rèn)識，我們和同濟大學(xué)交通學(xué)院合作，對于汽車在交通路口的運行特征進行了分析。

可以發(fā)現(xiàn)，這個特征對于電源的要求極為苛刻，需要電源能實現(xiàn)300C的充放電。鋰離子電池、鉛酸電池、鎳氫電池和鈦酸鋰電池均無法滿足需求。而高能量密度鋰離子電容器是48V汽車啟停電源的必然選擇。

采用我們開發(fā)的48V啟停系統(tǒng)，以明銳1.4T家庭轎車為基礎(chǔ)，通過AVL-cruise構(gòu)建了整車的動力學(xué)模型(如圖7)，分析了啟停系統(tǒng)對汽車能耗的影響規(guī)律。可以發(fā)現(xiàn)，不管是針對NEDC工況還是上海城市工況，及節(jié)能效果都超過30%。

同時，相對于目前常用的電源系統(tǒng)，基于HyLIC的48V系統(tǒng)具有很好的成本優(yōu)勢。在存儲同樣能量前提下，我們對比分析了HyLIC、鉛酸電池和鋰離子電池作為48V電源的性能，如下圖所示。可以發(fā)現(xiàn)，HyLIC在壽命、功率和成本方面優(yōu)勢顯著。如果采用同樣的功率（12kW），則HyLIC的成本開可以下降60%。

2. 電動汽車混合動力系統(tǒng)

電動汽車一個主要的趨勢是采用電池-電容器混合方案以達到延長壽命的目的。具體用電池為電動汽車的正常運行提供能量，而加速、拐彎和爬坡時可以由超級電容器來補充能量。另外，用超大容量電容器存儲制動時產(chǎn)生的再生能量。

現(xiàn)有公交車用電池需要210千瓦時（2000公斤重量，價格50-70萬），平均功率為60-80千瓦。而公交車的峰值功率在250千瓦左右，采用0.5度電左右的電容器就可以滿足公交車的功率補償要求。下圖為Maxwell開發(fā)的商業(yè)超低電容器輔助模塊，整體重量在166公斤左右。如果采用HyLIC，整體重量在25公斤左右，成本為傳統(tǒng)電容器的1/5。

3.燃料電池汽車

近年來，燃料電池汽車產(chǎn)業(yè)化項目建設(shè)突飛猛進，多國車企已經(jīng)或即將推出燃料電池車。本田、通用、現(xiàn)代、福特、克萊斯勒、豐田、奔馳等大公司都已經(jīng)開發(fā)出燃料電池車型并已經(jīng)在正式運行，普遍狀況良好。

相對于其他的新能源汽車，燃料電池汽車有其獨特的優(yōu)勢。燃料電池汽車效率高于傳統(tǒng)內(nèi)燃機汽車和純電動汽車；燃料電池汽車無任何污染物排放，被認(rèn)為是“最干凈”的汽車；相對于純電動汽車，燃料電池汽車具有燃料加注快（和傳統(tǒng)汽車類似），續(xù)航里程長等優(yōu)點，具有最好的駕駛適應(yīng)性和操控性。目前，國內(nèi)外燃料電池汽車發(fā)展方興未艾，有望成為下一代主流的技術(shù)路線。

目前燃料電池汽車主要的技術(shù)方案為“燃料電池-鋰離子電池”混合的技術(shù)方案。主要原因為我國的燃料電池電堆技術(shù)與國外有一定距離。按照技術(shù)路線的演進，全功率燃料電池會成為技術(shù)的主流。在這種情況下，HyLIC作為燃料電池功率補償和能量回收電源必不可少。通過計算發(fā)現(xiàn)，采用HyLIC作為輔助電源的燃料電池汽車，可以實現(xiàn)節(jié)能15%的效果。

4.工廠物流設(shè)備領(lǐng)域

相對于鉛酸電池、鋰離子電池，HyLIC在AGV具有更長的循環(huán)壽命 (100k)，在AGV使用壽命內(nèi)無需更換電源；更高電壓范圍（3.8-2.2 V），更好支持電池模塊設(shè)計；超低內(nèi)阻來支持40到60秒的AGV快速無線充電。

5.儲能領(lǐng)域

在對電能具有隨機性、間歇性和突發(fā)性要求的應(yīng)用場合，通過利用超級電容器備用儲能裝置，可實現(xiàn)電力能源的快速、穩(wěn)定、靈活調(diào)節(jié)，這使超級電容器儲能系統(tǒng)在諸多領(lǐng)域具有廣泛而深遠的應(yīng)用前景。

在可再生能源發(fā)電或分布式電力系統(tǒng)中，發(fā)電設(shè)備的輸出功率具有不穩(wěn)定性和不可預(yù)測性的特點。采用超級電容器儲能，可以充分發(fā)揮其功率密度大、循環(huán)壽命長、儲能密度高、無需維護等優(yōu)點，既可以單獨儲能，也可以與其他儲能裝置混合儲能。超級電容器與太陽能電池相結(jié)合，可以應(yīng)用于路燈、交通警示牌、交通標(biāo)志燈等。超級電容器還應(yīng)用于風(fēng)力發(fā)電、燃料電池等分布式發(fā)電系統(tǒng)，可以對系統(tǒng)起到瞬間功率補償?shù)淖饔茫⒖梢栽诎l(fā)電中斷時作為備用電源，以提高供電的穩(wěn)定性和可靠性。

據(jù)百納電氣的報告數(shù)據(jù)，全國有1400個超大型電站，按照5年后有70%的電站采用超級電容器方案，每套系統(tǒng)600萬，銷售額有望達到58.8億。

6.軍用載運工具

現(xiàn)代戰(zhàn)場條件對于載運工具有新的要求，尤其是對于坦克，自行火炮等工具。現(xiàn)代戰(zhàn)場需要這些裝備在發(fā)射彈藥后，能立刻關(guān)閉發(fā)動機并快速離開當(dāng)前位置，避免被對方制導(dǎo)武器襲擊。通常可以采用鉛酸電池、鋰離子電池實現(xiàn)這些功能。但是，它們的功率密度、壽命和低溫性能無法滿足戰(zhàn)場條件的要求。目前，美國陸軍已經(jīng)在使用鋰離子電容器進行相關(guān)的測試和驗證試驗，我們也需要加大對這方面的研究。而我們開發(fā)的混合型鋰離子電容器能滿足這方面的需求。

此外，混合型鋰離子電容器還可以配合電池應(yīng)用于內(nèi)燃發(fā)動機電啟動系統(tǒng)，能有效保護電池，延長其壽命，減小其配備容量，特別是在低溫和蓄電池虧電的情況下，確保可靠啟動。其工作溫度范圍寬，可在-40℃環(huán)境工作，保證了電啟動系統(tǒng)的正常供電，使坦克戰(zhàn)車一次啟動成功。

前期某軍區(qū)坦克及裝甲車啟動，擬有300輛采用鋰離子電容器方案。預(yù)計5年后有6000輛采用鋰離子電容器方案，每輛車采用4個32V模塊，每個模塊按照2.8萬元計算，銷售額1.6億元。

7.軍用單兵通訊系統(tǒng)

民用個人通信系統(tǒng)目前主要追求長的通話和待機時間，這需要電源具有較高的能量密度，而對功率和壽命要求不是特別高。目前主要為鋰離子電池。對于單兵通訊系統(tǒng)，情況則不一樣。國際的趨勢是在士兵的身上攜帶一個個人電源中心，由這個電源中心給需要的其他器件，如單兵通訊系統(tǒng)充電。由于戰(zhàn)場形勢瞬息萬變，需要單兵通訊系統(tǒng)具有和基站的遠距離通訊能力，這些應(yīng)用的特殊性，需要單兵通訊系統(tǒng)電源具有很好的功率性能，較長的壽命，以及一定的能量密度。美國陸軍目前正在進行鋰離子電容器用于單兵電源系統(tǒng)的測試。鋰離子電容器的容量為200F，能量密度為13Wh/kg，目標(biāo)壽命為1萬循環(huán)（60C下）。HyLIC的性能完全可以滿足此需求。

技術(shù)優(yōu)勢

1. 這種新型器件世界范圍內(nèi)首先研發(fā)出單體混合儲能器件，相比傳統(tǒng)電容器，能量密度有量級飛躍，同時實現(xiàn)了電源的功率、能量和壽命的平衡也是目前唯一滿足汽車啟停系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)的電源，預(yù)計市場容量大于1000億/年。

2. 尤為重要的是，這種混合型鋰離子超級電容器具有極高的壽命。圖2為按照美國陸軍的測試標(biāo)準(zhǔn)，在60C下對混合型電容器進行壽命測試的結(jié)果。可以發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過3萬次的測試，這種電源的容量保持率超過88%。遠高于目前報道的其他電源的壽命。目前的測試已經(jīng)超過6萬循環(huán)，容量保持率超過83%，遠遠高于目前研究文獻和世界各個公司類似產(chǎn)品的報道，是目前壽命最高的下一代鋰離子電源器件。

3. 同國內(nèi)外其他公司的功率型產(chǎn)品器件相比，本項目產(chǎn)品處于國內(nèi)和國外領(lǐng)先地位，能量特性遠超同類型企業(yè)的產(chǎn)品2倍以上，而循環(huán)壽命是鉛酸蓄電池的200倍以上（鋰離子電池的20倍以上），能夠完全擺脫國內(nèi)對于國外同等類型產(chǎn)品的依賴，這對于打破國外廠商技術(shù)壟斷有著十分重要的意義。