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从1981到2021：锂离子电容器的历史有多精彩？
锂离子电容器（LIC）是一种混合型的电容器，融合了锂离子电池的能量存储机制以及超级电容器的结构特性。自1981年首次问世以来，锂离子电容器的发展历程如同其本身一样充满了革新和突破。在过去的四十年里，这项技术不仅推动了电能存储的变革，也引发了相关领域的广泛研究，让我们共同探索这段激动人心的历史旅程。
历史背景
1981年，京都大学的山部博士与Kanebo公司的Yata博士合作，创造出一种名为PAS的材料，这一技术为锂离子电容器的诞生奠定了基础。
在1980年代初期，Kanebo提交了多项专利，并开始专注于PAS电容器和锂离子电容器的商业化工作。 1986年，首个PAS电容器正式投入市场，而锂离子电容器则于1991年问世。随着时间的推移，学术界和产业界开始重视锂离子电容器的潜力，研究团队不断努力提升电极和电解质的性能，延长其循环寿命。 2010年，Naoi等人成功研发出一种纳米结构的锂钛氧化物（LTO）与碳纳米纤维的复合材料，使得该技术达到了新的高度。
锂离子电容器的概念
锂离子电容器是一种混合的电化学能量储存装置，结合了锂离子电池负极的插层机制和电双层电容器的双层机制。这种结构的结果是使得锂离子电容器的能量密度达到了约20 W⋅h/kg，这是一般电双层电容器的四到五倍。尽管具有高能量密度，锂离子电容器的功率密度却能够与电双层电容器相比拟，因其能够在几秒钟内完成放电。
电极结构
锂离子电容器的负极为高能量密度的电池类电极，可以通过锂离子的可逆插层反应储存大量电能。然而，电极的降解问题成为了设计的重要考量。随着技术的进步，越来越多的新型电极材料被提出，其中锂钛氧化物（LTO）因其卓越的性能而受到广泛关注。
锂钛氧化物的优势包括高库伦效率、稳定的工作电压平台和在锂插层过程中极小的体积变化。
电解质与隔离垫
动力学性能优秀的电解质对于锂离子电容器的效能至关重要。理想的电解质应具备高离子导电性，以便于锂离子有效地到达电极部位。因此，通常会使用非水溶液的锂离子盐溶液，以避免水与锂离子反应导致的性能降低。
锂离子电容器的优势特性
锂离子电容器通常具备比传统电容器更高的电容率和更优的能量密度，但其能量密度仍低于锂离子电池。锂离子电容器在操作温度范围、低自放电率及循环寿命上均展现出良好性能，使其在多种应用中成为理想选择。
与其他技术的比较
锂离子电容器在功率密度及安全性上均超过传统锂离子电池，当然它们还拥有更高的输出电压。与电双层电容器相比，锂离子电容器的能量密度更高，但在循环寿命上则不及后者。整体而言，锂离子电容器是一种独立的技术，适用于许多特定的应用场景。
未来发展及应用
随着技术的不断进步，锂离子电容器的潜在应用日益增多。无论是在风力发电系统、UPS不间断电源、光伏发电系统、还是重型车辆的再生制动中，锂离子电容器展现了优越的性能。这些应用的上升趋势显示了其市场潜力的巨大。
锂离子电容器的发展历程是材料科学和电化学技术交错的结果，每一步都为我们带来了新的可能性。面对未来，锂离子电容器能否满足不断增长的能源需求与可持续发展的理念，成为了我们需要深入思考的课题？
