作者 | 陳宇洋
設計丨付洪遠
據外媒報道，目前蘭博基尼與麻省理工大學合作，雙方基於金屬有機骨架化合物（Metal Organic Framework，MOF）研發了一種新材料作為下一代超級電容的基礎材料，並且已經獲得專利。
（蘭博基尼Sián FKP 37）
可以預計，這項研究成果是蘭博基尼向電動汽車技術轉型計劃的一部分。此前在2019年的法蘭克福車展上亮相的混動超跑Sián FKP 37，已經使用了超級電容技術代替了傳統鋰電池組。
同時，蘭博基尼汽車董事長兼CEO Stefano Domenicacali表示：此次與麻省理工的合作研究充分體現了我們的價值觀和對於未來的預測：未來對於混合動力的需求將不斷的增加，並且不可或缺。
什麼是超級電容？
超級電容器是指介於傳統電容器和充電電池之間的一種新型儲能裝置，它既具有電容器快速充放電的特性，同時又具有電池的儲能特性。顧名思義，超級電容的容量比通常的電容器要大的多，並且對外表現跟電池相同，因此也被稱為電容電池。
（超級電容示意圖）
超級電容器電池又叫雙層電容器（Electrical Double-Layer Capacitor），其基本原理是利用活性多孔電極和電解質組成的雙電層結構，以獲得超大的容量。
從結構上來說，超級電容器可以被視為在兩個極板外加電壓時被電解液隔開的兩個互不相關的多孔板。對正極板施加的電勢吸引電解液中的負離子，而負極板吸引正離子。最終創建了兩個電荷儲層，在正極板分離出一層，而在負極板分離出另外一層，這也是雙電層的由來。
（超級電容示意圖）
電容的大小取決於電極表面積大小和兩個電極間的距離，簡單來說就是電容量與電極板的面積成正比，與電極板之間的間隙大小成反比。由此可見，若想要獲得更大的電容量，必須增大面積或減少介質的厚度，這也是為什麼傳統電容器的介質多為“薄”塑料或“薄”膜陶瓷。
反觀超級電容，其電極為多孔碳基材料。該結構可使它每克重量的表面積可達幾千平方米，遠遠大於使用“薄”塑料或“薄”膜陶瓷的產品。而電容電荷分隔的距離是由電解質中的離子大小決定，這個距離要遠小於使用常規電介質材料的距離，因此巨大的表面積加上電荷間極小的距離，使超級電容器具有很大的容量，同樣相對於傳統電容器其優勢也是不言而喻的。
超級電容器，混動超跑好幫手
由於超級電容器在使用過程中沒有任何的化學反應，完全屬於物理變化，因此相對更加安全。再加上其充放電速度極快、功率密度高、大電流放電能力強，同時在質量上也更輕，因此更適合在高性能混動車型中應用。
（蘭博基尼Sián FKP 37）
此前，蘭博基尼首款混合動力車型Sián FKP 37就率先應用了這項技術，新車採用全新的輕型混合動力架構，擁有一個功率密度為2400W/kg的超級電容器。官方宣稱，比同等重量鋰電池的功率密度強三倍。這個特性非常適合追求極致輕量化的超跑，在降低重量的同時，獲得更大的馬力，何樂而不為。
從技術細節來看，該方案是一個低電壓48V系統，電流峰值為600A。整個系統的電動機直接在後輪釋放驅動扭矩，並在制動期間利用慣性為電容器充電。超級電容器的特性，可以保證其均勻的電流在充電循環中維持效率均衡，且不會過熱。
超級電容器另一個優勢為放電功率大，儲存的電能可以在極短的時間內放出。其瞬間迸發的能量，可以達到類似“氮氣加速”的神奇效果。以Sián FKP 37為例，在靜態起步或者加速超車的時候使用超級電容器，可以獲得強大的加速能力，而剎車時的能量回饋系統也可以給超級電容器充電。
與傳統電池相比，超級電容具有很多優點，其充電速度快，10s-10min即可充至其額定容量95%以上；功率密度高，理論上可達300W/kg-50000W/kg，為蓄電池的5-10倍左右；由於內阻小，所以充放電損耗也很小，具有高充放電效率，可達90%以上；循環使用次數達10-50萬次，壽命長。
新技術雖好，但僅適合超跑
首先，超級電容器的特性非常符合超跑的調性。這些車本身針對小眾人群，最重要的是用戶不差錢，讓企業生產成本的問題不那麼棘手。同時，有了超級電容器的加入，開發人員可以在不過多增加車身重量的情況下，提升車輛本身的動力性能。並且，因為超級電容器體積較小，可以將其設置在位於駕駛艙和發動機之間的艙壁，確保了車輛完美的配重比。
（蘭博基尼Sián FKP 37）
但是，由於其過快的放電速度和過低的內阻，如果設計不好，本身就隱藏著風險。其次是生產成本的問題，目前其技術尚不成熟，難以運用在民用車上。最後，超級電容的能量密度離電動汽車的要求還尚遠，無法作為單獨的能量儲備設備運用在普通民用車上。
所以，目前來看，超級電容器也只有和超跑“在一起”才是絕配。
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