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車用超級電容電池/熱電技術崛起

2015-02-03

    來自英國劍橋的科技產業顧問機構 IDTechEx 董事長Peter Harrop表示,有一種新型態的電力儲存裝置,結合了(supercapacitor)與鋰離子電池的優勢,并能藉由汽車引擎的熱能來充電,將是未來包括工業用卡車、軍用車輛等交通工具動力來源的理想選擇。

  “這種電池(supercabatteries)具備電池與的 特性,通常介于兩者之間;該蓄電裝置有以鉛酸(lead-acid)電池或鎳(nickel)電池為基礎的版本,而市場主要關注的是采用鋰離子電極以及超 級電容電極的類型;”Harrop指出:“那些非對稱(asymmetric)電化學雙層電容器(electrochemical double layer capacitor,EDLC)也被稱為鋰離子電容,因為具備充放電速度較快以及其他較優異的特性,有取代車用鋰離子電池與超級電容的潛力。”

  Harrop表示,超級電容電池正獲得全球各家前瞻汽車制造商的青睞,包括BMW、Ford、Komatsu以及日本官方研究機構AIST。

  

  超級電容電池結合電池與超級電容的特性,也被稱為混合式電容器(hybrid capacitor)(來源:IDTechEx)

  而Harrop也認為,可轉換為能量、否則將以發熱形式流失的熱電(thermoelectrics),將會在未來成為應用于各種車輛以及其他領域的常見技術:“熱電裝置將會在2025年成為一個規模達10億美元的獨立市場,包括汽車應用在內。”

  截至目前為止,很 少有成功的案例,僅有一些罕見的創新應用。例如EnOcean Alliance曾利用附著于散熱器(radiator)的熱電裝置產生微小UHF脈沖,以執行無線大樓控制;Schneider Electric則利用熱電裝置為無線感測器供電,在銅電線過熱時就會觸發警報。

  

  熱電材料能將廢氣或馬達的散熱轉換為能量,為超級電容電池充電(來源:IDTechEx)

  不過至今熱電裝置進軍汽車應用卻都沒有成功;例如BMW研究了20年,也只能實現約十分之一、也就是3%左右的熱電轉換率理論最大值。2014 年,日本大型工程車制造商Komatsu KELK則證明,其熱電轉換創新技術能回收1.5KW的能量、將熱電轉換效率提升至7.5%左右。IDTechExj預測,熱電能量采集方法將在2018 年大量運用于巴士及混合動力車輛中;而各種大型車輛將首先受惠于這種技術,因為它們產生的熱足夠讓實用化。

  IDTechEx也預測,超級電容電池到2020年將會成為所有混合動力車輛的常見配備,而搭配熱電能量采集裝置能進一步擴展其市場版圖,催生更小型的超級電容電池。例如美軍預測到2020年,將可藉由這類裝置的運用減少70%的能源消耗。

  IDTechEx則預測,到2025年全球將有900萬混合動力車輛使用; 此外到2030年混合動力車輛的銷售量將持續超越純電動車,原因是純電動車無法產生足夠的熱能,讓那時候的先進熱電材料利用。而在2030年,銷售量將持 續超越混合動力與電動車的傳統汽油動力車輛,也將受惠于熱電技術,為暖氣、通風馬達(ventilation motors)以及其他電動配件。

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