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從1981到2021：鋰離子電容器的歷史有多精彩？
鋰離子電容器（LIC）是一種混合型的電容器，融合了鋰離子電池的能量存儲機制以及超級電容器的結構特性。自1981年首次問世以來，鋰離子電容器的發展歷程如同其本身一樣充滿了革新和突破。在過去的四十年裡，這項技術不僅推動了電能存儲的變革，也引發了相關領域的廣泛研究，讓我們共同探索這段激動人心的歷史旅程。
歷史背景
1981年，京都大學的山部博士與Kanebo公司的Yata博士合作，創造出一種名為PAS的材料，這一技術為鋰離子電容器的誕生奠定了基礎。
在1980年代初期，Kanebo提交了多項專利，並開始專注於PAS電容器和鋰離子電容器的商業化工作。1986年，首個PAS電容器正式投入市場，而鋰離子電容器則於1991年問世。隨著時間的推移，學術界和產業界開始重視鋰離子電容器的潛力，研究團隊不斷努力提升電極和電解質的性能，延長其循環壽命。2010年，Naoi等人成功研發出一種納米結構的鋰鈦氧化物（LTO）與碳納米纖維的複合材料，使得該技術達到了新的高度。
鋰離子電容器的概念
鋰離子電容器是一種混合的電化學能量儲存裝置，結合了鋰離子電池負極的插層機制和電雙層電容器的雙層機制。這種結構的結果是使得鋰離子電容器的能量密度達到了約20 W⋅h/kg，這是一般電雙層電容器的四到五倍。儘管具有高能量密度，鋰離子電容器的功率密度卻能夠與電雙層電容器相比擬，因其能夠在幾秒鐘內完成放電。
電極結構
鋰離子電容器的負極為高能量密度的電池類電極，可以通過鋰離子的可逆插層反應儲存大量電能。然而，電極的降解問題成為了設計的重要考量。隨著技術的進步，越來越多的新型電極材料被提出，其中鋰鈦氧化物（LTO）因其卓越的性能而受到廣泛關注。
鋰鈦氧化物的優勢包括高庫倫效率、穩定的工作電壓平臺和在鋰插層過程中極小的體積變化。
電解質與隔離墊
動力學性能優秀的電解質對於鋰離子電容器的效能至關重要。理想的電解質應具備高離子導電性，以便於鋰離子有效地到達電極部位。因此，通常會使用非水溶液的鋰離子鹽溶液，以避免水與鋰離子反應導致的性能降低。
鋰離子電容器的優勢特性
鋰離子電容器通常具備比傳統電容器更高的電容率和更優的能量密度，但其能量密度仍低於鋰離子電池。鋰離子電容器在操作溫度範圍、低自放電率及循環壽命上均展現出良好性能，使其在多種應用中成為理想選擇。
與其他技術的比較
鋰離子電容器在功率密度及安全性上均超過傳統鋰離子電池，當然它們還擁有更高的輸出電壓。與電雙層電容器相比，鋰離子電容器的能量密度更高，但在循環壽命上則不及後者。整體而言，鋰離子電容器是一種獨立的技術，適用於許多特定的應用場景。
未來發展及應用
隨著技術的不断進步，鋰離子電容器的潛在應用日益增多。無論是在風力發電系統、UPS不間斷電源、光伏發電系統、還是重型車輛的再生制動中，鋰離子電容器展現了優越的性能。這些應用的上升趨勢顯示了其市場潛力的巨大。
鋰離子電容器的發展歷程是材料科學和電化學技術交錯的結果，每一步都為我們帶來了新的可能性。面對未來，鋰離子電容器能否滿足不斷增長的能源需求與可持續發展的理念，成為了我們需要深入思考的課題？
