锂离子电容器

锂离子电容器(LIC)是一种混合型电容器，属于超级电容器的一种。它被称为混合电池，因为阳极与锂离子电池中使用的相同，而阴极与超级电容器中使用的相同。活性炭通常用作阴极。LIC的阳极由通常预掺杂有锂离子的碳材料组成。与其他超级电容器相比，这种预掺杂工艺降低了阳极的电位并允许相对较高的输出电压。

1981年，京都大学的Yamabe博士与KaneboCo.的Yata博士合作，通过在400-700°C下热解酚醛树脂，创造了一种称为PAS（多烯类半导体）的材料。这种无定形碳质材料在高能量密度可充电设备中作为电极表现良好。KaneboCo.于1980年代初申请了专利，并开始努力将PAS电容器和锂离子电容器(LIC)商业化。PAS电容器于1986年首次使用，LIC电容器于1991年首次使用。直到2001年，一个研究小组才将混合离子电容器的想法付诸实践。为提高电极和电解质的性能和循环寿命进行了大量研究，但直到2010年Naoi等人才提出。通过开发LTO（锂钛氧化物）与碳纳米纤维的纳米结构复合材料取得了真正的突破。如今，另一个令人感兴趣的领域是钠离子电容器(NIC)，因为钠比锂便宜得多。尽管如此，LIC仍然优于NIC，因此目前在经济上不可行。

锂离子电容器是一种混合电化学储能装置，它结合了锂离子电池阳极的嵌入机制和双电层电容器（EDLC）阴极的双层机制。负极电池型LTO电极和正极电容器型活性炭(AC)的组合导致能量密度约为。20Wh/kg，约为标准双电层电容器(EDLC)的4-5倍。然而，功率密度已被证明与EDLC相匹配，因为它能够在几秒钟内完全放电。在经常使用活性炭的负极（阳极）上，电荷存储在电极和电解质之间的界面处形成的双电层中。与EDLC一样，LIC电压呈线性变化，这增加了将它们集成到系统中的复杂性，这些系统具有期望电池电压更稳定的电力电子设备。因此，LICs具有很高的能量密度，它随电压的平方而变化。阳极的电容比阴极大几个数量级。因此，充放电过程中阳极电位的变化远小于阴极电位的变化。

LIC的典型属性是

• 与电容器相比，由于阳极大，电容较高，但与锂离子电池相比容量较低
• 与电容器相比能量密度高（据报道为14Wh/kg），但与锂离子电池相比能量密度低
• 高功率密度
• 高可靠性
• 工作温度范围为-20°C至70°C
• 低自放电（三个月内25°C时电压降<5%）

电池、EDLC和LIC各有优缺点，因此可用于不同类别的应用。储能设备的特征在于三个主要标准：功率密度（W/kg）、能量密度（Wh/kg）和循环寿命（充电循环次数）。

LIC的功率密度比电池高，并且比锂离子电池更安全，锂离子电池可能会发生热失控反应。与双电层电容器(EDLC)相比，LIC具有更高的输出电压。尽管它们具有相似的功率密度，但LIC的能量密度比其他超级电容器高得多。图1中的Ragone图显示LIC结合了LIB的高能量和EDLC的高功率密度。LICs的循环寿命性能比电池好得多，但不接近EDLCs。一些LIC具有更长的循环寿命，但这通常是以较低的能量密度为代价的。总之，LIC可能永远无法达到锂离子电池的能量密度，也永远无法达到超级电容器的联合循环寿命和功率密度。因此，它应该被视为具有自己用途和应用的独立技术。

锂离子电容器非常适合需要高能量密度、高功率密度和出色耐用性的应用。由于它们结合了高能量密度和高功率密度，因此在各种应用中不需要额外的蓄电装置，从而降低了成本。锂离子电容器的潜在应用包括风力发电系统、不间断电源系统(UPS)、电压暂降补偿、光伏发电、工业机械、电动和混合动力汽车以及交通运输中的能量回收系统等领域系统。HIC（混合离子电容器）设备的一个重要潜在最终用途是再生制动。从火车、重型汽车和最终的轻型车辆收集再生制动能量代表了一个巨大的潜在市场，由于现有二次电池和超级电容器（电化学电容器和超级电容器）技术的限制，该市场仍未得到充分利用。