產(chǎn)業(yè)專題研究之超級(jí)電容器

1、產(chǎn)業(yè)專題研究之：超級(jí)電容器目錄一、超級(jí)電容器21.定義與功能22.產(chǎn)生背景33.工作原理34.應(yīng)用領(lǐng)域45.特性46.分類56.1按原理分類56.2按電解質(zhì)分類66.3其他分類6二、供應(yīng)鏈61.電極材料62.電解液63.隔膜74.主要原材料供應(yīng)商7三、工藝流程7四、關(guān)鍵技術(shù)及發(fā)展81.關(guān)鍵技術(shù)82.關(guān)鍵技術(shù)發(fā)展8五、市場(chǎng)現(xiàn)狀9七、主要競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手11一、超級(jí)電容器1.定義與功能超級(jí)電容器（super capacitor），又叫雙電層電容器（Electrical Doule-Layer Capacitor）、電化學(xué)電容器（Electrochemical Capacitor, EC）、黃金電容、法拉電

2、容，通過極化電解質(zhì)來儲(chǔ)能。它是一種電化學(xué)元件，但在其儲(chǔ)能的過程并不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，這種儲(chǔ)能過程是可逆的，也正因?yàn)榇顺?jí)電容器可以反復(fù)充放電數(shù)十萬次。超級(jí)電容器可以被視為懸浮在電解質(zhì)中的兩個(gè)無反應(yīng)活性的多孔電極板，在極板上加電，正極板吸引電解質(zhì)中的負(fù)離子，負(fù)極板吸引正離子，實(shí)際上形成兩個(gè)容性存儲(chǔ)層，被分離開的正離子在負(fù)極板附近，負(fù)離子在正極板附近。圖 1 超級(jí)電容器結(jié)構(gòu)超級(jí)電容器是建立在德國物理學(xué)家亥姆霍茲提出的界面雙電層理論基礎(chǔ)上的一種全新的電容器。眾所周知，插入電解質(zhì)溶液中的金屬電極表面與液面兩側(cè)會(huì)出現(xiàn)符號(hào)相反的過剩電荷，從而使相間產(chǎn)生電位差。那么，如果在電解液中同時(shí)插入兩個(gè)電極，并在其間施加

3、一個(gè)小于電解質(zhì)溶液分解電壓的電壓，這時(shí)電解液中的正、負(fù)離子在電場(chǎng)的作用下會(huì)迅速向兩極運(yùn)動(dòng)，并分別在兩上電極的表面形成緊密的電荷層，即雙電層，它所形成的雙電層和傳統(tǒng)電容器中的電介質(zhì)在電場(chǎng)作用下產(chǎn)生的極化電荷相似，從而產(chǎn)生電容效應(yīng)，緊密的雙電層近似于平板電容器，但是，由于緊密的電荷層間距比普通電容器電荷層間的距離更小得多，因而具有比普通電容器更大的容量。雙電層電容器與鋁電解電容器相比內(nèi)阻較大，因此，可在無負(fù)載電阻情況下直接充電，如果出現(xiàn)過電壓充電的情況，雙電層電容器將會(huì)開路而不致?lián)p壞器件，這一特點(diǎn)與鋁電解電容器的過電壓擊穿不同。同時(shí)，雙電層電容器與可充電電池相比，可進(jìn)行不限流充電，且充電次數(shù)可達(dá)1

4、06次以上，因此雙電層電容不但具有電容的特性，同時(shí)也具有電池特性，是一種介于電池和電容之間的新型特殊元器件。圖 2超級(jí)電容儲(chǔ)能系統(tǒng)2.產(chǎn)生背景由于石油資源日趨短缺，并且燃燒石油的內(nèi)燃機(jī)尾氣排放對(duì)環(huán)境的污染越來越嚴(yán)重（尤其是在大、中城市），人們都在研究替代內(nèi)燃機(jī)的新型能源裝置。已經(jīng)進(jìn)行混合動(dòng)力、燃料電池、化學(xué)電池產(chǎn)品及應(yīng)用的研究與開發(fā)，取得了一定的成效。但是由于它們固有的使用壽命短、溫度特性差、化學(xué)電池污染環(huán)境、系統(tǒng)復(fù)雜、造價(jià)高昂等致命弱點(diǎn)，一直沒有很好的解決辦法。超級(jí)電容器以其優(yōu)異的特性揚(yáng)長(zhǎng)避短，可以部分或全部替代傳統(tǒng)的化學(xué)電池用于車輛的牽引電源和啟動(dòng)能源，并且具有比傳統(tǒng)的化學(xué)電池更加廣泛的用

5、途。正因?yàn)槿绱?，世界各國（特別是西方發(fā)達(dá)國家）都不遺余力地對(duì)超級(jí)電容器進(jìn)行研究與開發(fā)。其中美國、日本和俄羅斯等國家不僅在研發(fā)生產(chǎn)上走在前面，而且還建立了專門的國家管理機(jī)構(gòu)（如：美國的USABC、日本的SUN、俄羅斯的REVA等），制定國家發(fā)展計(jì)劃，由國家投入巨資和人力，積極推進(jìn)。就超級(jí)電容器技術(shù)水平而言，目前俄羅斯走在世界前面，其產(chǎn)品已經(jīng)進(jìn)行商業(yè)化生產(chǎn)和應(yīng)用，并被第17屆國際電動(dòng)車年會(huì)（EVS17）評(píng)為最先進(jìn)產(chǎn)品。日本、德國、法國、英國、澳大利亞等國家也在急起直追，目前各國推廣應(yīng)用超級(jí)電容器的領(lǐng)域已相當(dāng)廣泛。在我國推廣使用超級(jí)電容器，能夠減少石油消耗，減輕對(duì)石油進(jìn)口的依賴，有利于國家石油安全；

6、有效地解決城市尾氣污染和鉛酸電池污染問題；有利于解決戰(zhàn)車的低溫啟動(dòng)問題。目前，國內(nèi)主要有10余家企業(yè)在進(jìn)行超級(jí)電容器的研發(fā)。3.工作原理超級(jí)電容器是利用雙電層原理的電容器。當(dāng)外加電壓加到超級(jí)電容器的兩個(gè)極板上時(shí)，與普通電容器一樣，極板的正電極存儲(chǔ)正電荷，負(fù)極板存儲(chǔ)負(fù)電荷，在超級(jí)電容器的兩極板上電荷產(chǎn)生的電場(chǎng)作用下，在電解液與電極間的界面上形成相反的電荷，以平衡電解液的內(nèi)電場(chǎng)，這種正電荷與負(fù)電荷在兩個(gè)不同相之間的接觸面上，以正負(fù)電荷之間極短間隙排列在相反的位置上，這個(gè)電荷分布層叫做雙電層，因此電容量非常大。當(dāng)兩極板間電勢(shì)低于電解液的氧化還原電極電位時(shí)，電解液界面上電荷不會(huì)脫離電解液，超級(jí)電容器為

7、正常工作狀態(tài)（通常為3V以下），如電容器兩端電壓超過電解液的氧化還原電極電位時(shí)，電解液將分解，為非正常狀態(tài)。由于隨著超級(jí)電容器放電 ，正、負(fù)極板上的電荷被外電路泄放，電解液的界面上的電荷響應(yīng)減少。由此可以看出：超級(jí)電容器的充放電過程始終是物理過程，沒有化學(xué)反應(yīng)。因此性能是穩(wěn)定的，與利用化學(xué)反應(yīng)的蓄電池是不同的。4.應(yīng)用領(lǐng)域Ø 稅控機(jī)、稅控加油機(jī)、真空開關(guān)、智能表、遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)、儀器儀表、數(shù)碼相機(jī)、掌上電腦、電子門鎖、程控交換機(jī)、無繩電話等的時(shí)鐘芯片、靜態(tài)隨機(jī)存貯器、數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)等微小電流供電的后備電源。 Ø 智能表（智能電表、智能水表、智能煤氣表、智能熱量表）作電磁閥的啟動(dòng)

8、電源 Ø 太陽能警示燈，航標(biāo)燈等太陽能產(chǎn)品中代替充電電池。 Ø 手搖發(fā)電手電筒等小型充電產(chǎn)品中代替充電電池。 Ø 電動(dòng)玩具電動(dòng)機(jī)、語音IC、LED發(fā)光器等小功率電器的驅(qū)動(dòng)電源。超級(jí)電容器是介于傳統(tǒng)電容器和蓄電池之間的一種新型儲(chǔ)能裝置,它具有功率密度大、容量大、使用壽命長(zhǎng)、免維護(hù)、經(jīng)濟(jì)環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)。Ø 電動(dòng)汽車：快速啟動(dòng) 圖 3 車用超級(jí)電容器Ø 電力系統(tǒng)：電網(wǎng)改造 戶外開關(guān) Ø 風(fēng)力發(fā)電：海上風(fēng)機(jī)5.特性（1）高功率密度。輸出功率密度高達(dá)數(shù)kW/kg，是任何一個(gè)化學(xué)電源所無法比擬的，是一般蓄電池的數(shù)十倍。超級(jí)電容器在分離出的電荷中存儲(chǔ)能

9、量，其面積是基于多孔炭材料，而該材料的多孔結(jié)夠允許其面積達(dá)到2000m2/g。用于存儲(chǔ)電荷的面積越大、分離出的電荷越密集，其電容量越大。（2）妥善解決了貯存設(shè)備高比功率和高比能量輸出之間的矛盾。超級(jí)電容器可以提供1-5kW/kg 的高比功率的同時(shí)，其比能量可以達(dá)到5-20Wh/kg。（3）充放電循環(huán)壽命很長(zhǎng)，達(dá)到10萬次量級(jí)。（4）充電時(shí)間短。超級(jí)電容器最短可在幾十秒內(nèi)充電完畢，最長(zhǎng)充電不過十幾分鐘，遠(yuǎn)快于蓄電池的充電時(shí)間。（5）貯存壽命長(zhǎng)。所用的電極材料在相應(yīng)的電解液中也是穩(wěn)定的，因此超級(jí)電容器的貯存壽命幾乎可以認(rèn)為是無限的。（6）高可靠性。超級(jí)電容器工作過程中沒有運(yùn)動(dòng)部件，維護(hù)工作少，因此

10、超級(jí)電容器的可靠性非常高。圖 4 超級(jí)電容器與靜電電容器、電池的性能參數(shù)比較圖 5 超級(jí)電容器與主流蓄電池性能參數(shù)比較6.分類6.1按原理分類按原理分為雙電層型超級(jí)電容器和贗電容型超級(jí)電容器：雙電層型超級(jí)電容器雙電層型超級(jí)電容器主要采用以下幾種電極材料：Ø 活性碳電極材料，采用了高比表面積的活性炭材料經(jīng)過成型制備電極。Ø 碳纖維電極材料，采用活性炭纖維成形材料，如布、氈等經(jīng)過增強(qiáng)，噴涂或熔融金屬增強(qiáng)其導(dǎo)電性制備電極。Ø 碳?xì)饽z電極材料，采用前驅(qū)材料制備凝膠，經(jīng)過炭化活化得到電極材料。Ø 碳納米管電極材料，碳納米管具有極好的中孔性能和導(dǎo)電性，采用高比表面

11、積的碳納米管材料，可以制得非常優(yōu)良的超級(jí)電容器電極。 以上電極材料可以制成：Ø 平板型超級(jí)電容器，在扣式體系中多采用平板狀和圓片狀的電極，另外也有Econd公司產(chǎn)品為典型代表的多層疊片串聯(lián)組合而成的高壓超級(jí)電容器，可以達(dá)到300V以上的工作電壓。Ø 繞卷型溶劑電容器，采用電極材料涂覆在集流體上，經(jīng)過繞制得到，這類電容器通常具有更大的電容量和更高的功率密度。贗電容型超級(jí)電容器包括金屬氧化物電極材料與聚合物電極材料，金屬氧化物包括NiOx、MnO2、V2O5等作為正極材料，活性炭作為負(fù)極材料制備的超級(jí)電容器，導(dǎo)電聚合物材料包括PPY、PTH、PAni、PAS、PFPT等經(jīng)P型或

12、N型或P/N型摻雜制取電極，以此制備超級(jí)電容器。這一類型超級(jí)電容器具有非常高的能量密度，目前除NiOx型外，其它類型多處于研究階段，還沒有實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)。6.2按電解質(zhì)分類可以分為水性電解質(zhì)和有機(jī)電解質(zhì)類型：水性電解質(zhì)Ø 酸性電解質(zhì)，多采用36%的H2SO4水溶液作為電解質(zhì)。 Ø 堿性電解質(zhì)，通常采用KOH、NaOH等強(qiáng)堿作為電解質(zhì)，水作為溶劑。Ø 中性電解質(zhì)，通常采用KCl、NaCl等鹽作為電解質(zhì)，水作為溶劑，多用于氧化錳電極材料的電解液。 有機(jī)電解質(zhì) 通常采用LiClO4為典型代表的鋰鹽、TEABF4作為典型代表的季胺鹽等作為電解質(zhì)，有機(jī)溶劑如PC、ACN、G

13、BL、THL等有機(jī)溶劑作為溶劑，電解質(zhì)在溶劑中接近飽和溶解度。6.3其他分類Ø 液體電解質(zhì)超級(jí)電容器，多數(shù)超級(jí)電容器電解質(zhì)均為液態(tài)。Ø 固體電解質(zhì)超級(jí)電容器，隨著鋰離子電池固態(tài)電解液的發(fā)展，應(yīng)用于超級(jí)電容器的電解質(zhì)也對(duì)凝膠電解質(zhì)和PEO等固體電解質(zhì)進(jìn)行研究。二、供應(yīng)鏈從結(jié)構(gòu)上看，超級(jí)電容器主要由電極、電解質(zhì)、隔膜、端板、引線和封裝材料組成，其中電極、電解質(zhì)和隔膜的組成和質(zhì)量對(duì)超級(jí)電容器的性能起著決定性的影響，采用何種電極板和電解質(zhì)材料將基本決定最終產(chǎn)品的類型與特性。 1.電極材料超級(jí)電容器的電極材料主要在四個(gè)方面：碳電極材料，金屬氧化物及其水合物電極材料，導(dǎo)電聚合物電極材料

14、，以及混合超級(jí)電容器。碳電極材料比表面極大，原料低廉，有利于實(shí)現(xiàn)工業(yè)化大生產(chǎn)，但是比容量相對(duì)比較低。金屬氧化物及其水合物電極材料的比容量較高，但是其昂貴的成本以及對(duì)環(huán)境存在的安全隱患限制了它們的工業(yè)化規(guī)模。導(dǎo)電聚合物電極材料的工作電壓高，從而可以提高能量存儲(chǔ)的能力。但是，這一類材料在有機(jī)電解質(zhì)中浸泡后容易發(fā)生膨脹，造成穩(wěn)定性差?；旌铣?jí)電容，對(duì)電極采用不同的材料體系組成，可以提高其存儲(chǔ)的能量密度，但是其循環(huán)的穩(wěn)定性比較差。2.電解液電解液成本占超級(jí)電容器行業(yè)生產(chǎn)成本的比例：30%35%?？偟膩碚f以電解液為基本原材料的產(chǎn)品所占比重很大，因此電解液的變化對(duì)我國超級(jí)電容器行業(yè)的影響力度很大。電解液需

15、要具有很高的導(dǎo)電性和足夠的電化學(xué)穩(wěn)定性，以便超級(jí)電容器可以在盡可能高的電壓下工作。現(xiàn)有的電解質(zhì)材料主要水溶液電解質(zhì)。有機(jī)物電解質(zhì)的分解電壓高，一般都高于2.5V，但導(dǎo)電性比較差；水溶液電解質(zhì)主要是KOH和H2SO4，它們的分解電壓受到水的分解電位的限制，只有1.23V，但是其導(dǎo)電性是有機(jī)電解質(zhì)的4倍以上。目前，電解液是供不應(yīng)求。3.隔膜隔膜是超級(jí)電容器的重要組成部分，在超級(jí)電容器中起著防止正/負(fù)極短路，同時(shí)在充放電過程中提供離子運(yùn)輸電通道的作用，其性能決定了超級(jí)電容器的界面結(jié)構(gòu)、內(nèi)阻等，直接影響超級(jí)電容器的容量、循環(huán)性能以及安全性能等特性，性能優(yōu)異的隔膜對(duì)提高超級(jí)電容器的綜合性能具有重要的作用

16、。超級(jí)電容器隔膜的材料主要有聚丙烯（PP）、聚乙烯（PE）單層微孔膜，以及由PP 和PE 復(fù)合的多層微孔膜。目前，世界上只有日本、美國等少數(shù)幾個(gè)國家擁有超級(jí)電容器聚合物隔膜的生產(chǎn)技術(shù)和相應(yīng)的規(guī)模化產(chǎn)業(yè)。我國在超級(jí)電容器隔膜的研究與開發(fā)方面起步較晚，超級(jí)電容器隔膜主要仍然依賴進(jìn)口，導(dǎo)致市場(chǎng)價(jià)格高居不下，隔膜的平均價(jià)格在815元/m2，其成本占到了整個(gè)超級(jí)電容器成本的約1/5。按照超級(jí)電容器產(chǎn)量10億臺(tái)估計(jì)，每年隔膜的消耗量在3億5億/之間，市場(chǎng)價(jià)值在1015億元。目前國內(nèi)隔膜市場(chǎng)80以上被美、日進(jìn)口產(chǎn)品占領(lǐng)，國產(chǎn)隔膜主要在中、低端市場(chǎng)使用。所以實(shí)現(xiàn)隔膜的國產(chǎn)化，生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)的國產(chǎn)化隔膜，一方面有望能

17、夠降低整個(gè)隔膜的市場(chǎng)價(jià)格，同時(shí)還能為國家節(jié)省大量外匯，創(chuàng)造巨大的經(jīng)濟(jì)效益。隔膜的適當(dāng)使用也是十分關(guān)鍵的。有機(jī)電解質(zhì)通常使用聚合物（特別是PP）或者紙作為隔膜，水溶液電解質(zhì)，可以采用玻璃纖維或者陶瓷隔膜。隔膜允許帶電離子通過，阻止電子通過。目前隔膜供不應(yīng)求。4.主要原材料供應(yīng)商4.1遼寧朝陽森塬活性炭有限公司4.2河南滑縣大潮林物產(chǎn)有限責(zé)任公司4.3可樂麗國際貿(mào)易（上海）有限公司4.4深圳新宙邦電子材料科技有限公司4.5日本高度紙工業(yè)株式會(huì)社（NKK）4.6蘇州貝格新材料科技有限公司三、工藝流程超級(jí)電容器的工藝流程為：配料混漿制電極裁片組裝注液活化檢測(cè)包裝超級(jí)電容器在結(jié)構(gòu)上與電解電容器非常相似，

18、它們的主要區(qū)別在于電極材料。早期的超級(jí)電容器的電極采用碳，碳電極材料的表面積很大，電容的大小取決于表面積和電極的距離，這種碳電極的大表面積再加上很小的電極距離，使超級(jí)電容器的容值可以非常大，大多數(shù)超級(jí)電容器可以做到法拉級(jí)，一般情況下容值范圍可達(dá)1-5000F。超級(jí)電容器通常包含雙電極、電解質(zhì)、集流體、隔離物四個(gè)部件。超級(jí)電容器是利用活性炭多孔電極和電解質(zhì)組成的雙電層結(jié)構(gòu)獲得超大的電容量的。在超級(jí)電容器中，采用活性炭材料制作成多孔電極，同時(shí)在相對(duì)的兩個(gè)多孔炭電極之間充填電解質(zhì)溶液，當(dāng)在兩端施加電壓時(shí)，相對(duì)的多孔電極上分別聚集正負(fù)電子，而電解質(zhì)溶液中的正負(fù)離子將由于電場(chǎng)作用分別聚集到與正負(fù)極板相對(duì)

19、的界面上，從而形成雙極電層。表 1 電極材料技術(shù)路線選擇電極材料電火花加工性能機(jī)械加工性能加工穩(wěn)定性電極損耗鋼較差中等好鑄鐵一般中等好石墨尚好較小尚好黃銅好大尚好紫銅好較小較差銅鎢合金好小尚好銀鎢合金好小尚好四、關(guān)鍵技術(shù)及發(fā)展1.關(guān)鍵技術(shù)超級(jí)電容器核心技術(shù)為：（1）比功率高（能夠提供幾百WKg到幾千WKg的功率密度）；（2）大電流快速充電特性好；（3）電壓與容量的模塊化；（4）使用溫度范圍寬，為4070；（5）循環(huán)使用壽命長(zhǎng)，可達(dá)10萬次；（6）無污染，真正免維護(hù)；（7）價(jià)格低；（8）不需冷卻及其他附屬設(shè)備。2.關(guān)鍵技術(shù)發(fā)展2007年1月16日，美國得克薩斯州一家研制電動(dòng)汽車儲(chǔ)能裝置，名為EE

20、Stor的公司打破沉默，對(duì)外宣告了他們“里程碑”式的成果：他們的自動(dòng)生產(chǎn)線已經(jīng)由獨(dú)立的第三方分析驗(yàn)收，其產(chǎn)品的關(guān)鍵物質(zhì)鋇鈦酸鹽粉末已經(jīng)完成了最初的純化，純度達(dá)到了99.9994%。 這一技術(shù)一旦進(jìn)入成熟的工業(yè)生產(chǎn)，他們所研制的新型超級(jí)電容器動(dòng)力系統(tǒng)將替代包括從電動(dòng)汽車到筆記本電腦的一切電化學(xué)電池。按照2006年4月發(fā)表的專利，EEStor這種能量存儲(chǔ)裝置是用陶瓷粉末涂在鋁氧化物和玻璃的表面。從技術(shù)上說，它并不是電池，而是一種超級(jí)電容器，它在5分鐘內(nèi)充的電能可以讓一個(gè)電動(dòng)車走500英里，電費(fèi)只有9美元。而燒汽油的內(nèi)燃機(jī)車走相同里程則要花費(fèi)60美元。與傳統(tǒng)的電化學(xué)電池相比，超級(jí)電容器有很多好處。它

21、可以無限制地接受無數(shù)次放電和充電，超級(jí)電容器沒有“記憶”。但是，一般的超級(jí)電容器也有其弱點(diǎn)，就是能量存儲(chǔ)率有限，市場(chǎng)上的高端超級(jí)電容器每0.4536千克的存儲(chǔ)能量只有鋰電池的1/25。而EEStor開發(fā)的超級(jí)電容器，由于鋇鈦酸鹽有足夠的純度，存儲(chǔ)能量的能力大大提高。EEStor公司負(fù)責(zé)人聲稱，該超級(jí)電容器每公斤所存儲(chǔ)的能量可達(dá)0.28千瓦時(shí)，相比之下，每公斤鋰電池是0.12千瓦時(shí)，鉛酸電池只有0.032千瓦時(shí)，這就讓超級(jí)電容器有了可用在從電動(dòng)車、起搏器到現(xiàn)代化武器等多種領(lǐng)域的可能。好的鉛酸電池能充電500700次，而根據(jù)EEStor的聲明，新的超級(jí)電容器可反復(fù)充電100萬次以上，也不會(huì)出現(xiàn)材料

22、降解問題。而且，由于它不是化學(xué)電池，而是一種固體狀態(tài)的能量?jī)?chǔ)存系統(tǒng)，不會(huì)出現(xiàn)鋰電池那種過熱甚至爆炸的危險(xiǎn)，沒有安全隱患。 這一發(fā)明的意義相當(dāng)重大，該突破不僅從根本上改變了電動(dòng)車在交通運(yùn)輸中的位置，也將改進(jìn)諸如風(fēng)能、太陽能等間歇性能源的利用性能，增進(jìn)了電網(wǎng)的效率和穩(wěn)定性，滿足人們能源安全的需求，減少對(duì)石油的依賴。顯然，該突破也對(duì)下一代鋰電池的研制者造成威脅。EEStor公司負(fù)責(zé)人暗示，他們的技術(shù)不僅適用于小型旅客電動(dòng)車，還可能取代220500瓦的大型汽車。五、市場(chǎng)現(xiàn)狀超級(jí)電容器的發(fā)展始于20世紀(jì)60年代，起先被認(rèn)為是一種低功率、低能量、長(zhǎng)使用壽命的器件。但到了20世紀(jì)90年代，由于混合電動(dòng)汽車的

23、興起，超級(jí)電容器才受到廣泛的關(guān)注并開始迅速發(fā)展起來。現(xiàn)今，大功率的超級(jí)電容器被視作一種大功率物理二次電源，各發(fā)達(dá)國家都把對(duì)超級(jí)電容器的研究列為國家重點(diǎn)戰(zhàn)略研究項(xiàng)目。目前，超級(jí)電容器在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用越來越受到關(guān)注，如基于雙電層電容儲(chǔ)能的靜止同步補(bǔ)償器和動(dòng)態(tài)電壓補(bǔ)償器等，國內(nèi)外的研究和應(yīng)用正在如火如荼地進(jìn)行。此外，超級(jí)電容器還活躍在電動(dòng)汽車、消費(fèi)類電子電源、軍事、工業(yè)等高峰值功率場(chǎng)合。超級(jí)電容器主要應(yīng)用領(lǐng)域如表2所列。當(dāng)前美國、日本、俄羅斯的產(chǎn)品幾乎占據(jù)了整個(gè)超級(jí)電容器市場(chǎng)。表 2 超級(jí)電容器應(yīng)用應(yīng)用領(lǐng)域典型應(yīng)用性能要求RC時(shí)間常數(shù)電力系統(tǒng)靜止同步補(bǔ)償器、動(dòng)態(tài)電壓補(bǔ)償器、分布式發(fā)電系統(tǒng)高功率、高

24、電壓、可靠mss記憶貯備消費(fèi)電器、計(jì)算機(jī)、通信低功率、低電壓sminh電動(dòng)車、負(fù)載調(diào)節(jié)高功率、高電壓<2min空間能量束高功率、高電壓、可靠<5 s軍事電子槍、SD I、電子輔助裝置、消聲裝置可靠mss工業(yè)工廠自動(dòng)化、遙控<1 s汽車輔助裝置催化預(yù)熱器、用回?zé)崞鲃x車、冷起動(dòng)高功率、高電壓s目前，超級(jí)電容主要傾向于液體電解質(zhì)雙電層電容器和復(fù)合電極材料/導(dǎo)電聚合物電化學(xué)超級(jí)電容器。在超級(jí)電容器的產(chǎn)業(yè)化上，最早是1987年松下/三菱與1980年NEC/Tokin的產(chǎn)品。這些電容器標(biāo)稱電壓為2.36V，電容從10-2 F至幾個(gè)F，年產(chǎn)量數(shù)百萬只。20世紀(jì)90年代，俄羅斯Econd公司

25、和ELIT生產(chǎn)了SC牌電化學(xué)電容器，其標(biāo)稱電壓為12450V，電容從1 F至幾百F，適合需要大功率啟動(dòng)動(dòng)力的場(chǎng)合。如今，日本松下、EPCOS、NEC，美國Maxwell、Powerstor、Evans，法國SAFT，澳大利亞Cap Oxx。韓國NESS等公司在超級(jí)電容器方面的研究均非常活躍?？偟膩碚f。當(dāng)前美國、日本、俄羅斯的產(chǎn)品幾乎占據(jù)了整個(gè)超級(jí)電容器市場(chǎng)。實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化的超級(jí)電容器基本上都是雙電層電容器。北京有色金屬研究總院、錦州電力電容器有限責(zé)任公司、北京科技大學(xué)、北京化工大學(xué)、北京理工大學(xué)、北京金正平公司、解放軍防化院、哈爾濱巨容公司、上海奧威公司等正在開展超級(jí)電容器的研究。2005年。由中

26、國科學(xué)院電工所承擔(dān)的“863”項(xiàng)目“可再生能源發(fā)電用超級(jí)電容器儲(chǔ)能系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究”通過專家驗(yàn)收。該項(xiàng)目完成了用于光伏發(fā)電系統(tǒng)的300Wh /1 kW超級(jí)電容器儲(chǔ)能系統(tǒng)的研究開發(fā)工作。另外。華北電力大學(xué)等有關(guān)課題組正在研究將超級(jí)電容器儲(chǔ)能(SCES)系統(tǒng)應(yīng)用到分布式發(fā)電系統(tǒng)的配電網(wǎng)。但從整體來看。我國在超級(jí)電容器領(lǐng)域的研究與應(yīng)用水平明顯落后于世界先進(jìn)水平。未來幾年，超級(jí)電容器在電動(dòng)汽車上的應(yīng)用仍將繼續(xù)集中于商用車領(lǐng)域，尤其是超級(jí)電容公交車。隨著“十城千輛”工程的繼續(xù)推進(jìn)，到2012年，我國新能源客車年銷量有望達(dá)到15000輛，而這其中將有3600輛左右采用超級(jí)電容器作為唯一動(dòng)力（純超級(jí)電容公交

27、車）或者輔助動(dòng)力（混合動(dòng)力車）的超級(jí)電容公交車，2009-2012年年平均增長(zhǎng)率有望達(dá)到50%。目前，已有十余家客車制造廠商正在研發(fā)或已上市銷售超級(jí)電容客車。超級(jí)電容器在電動(dòng)乘用車上的應(yīng)用則仍將處于試驗(yàn)論證階段，各大全球性汽車廠商，如寶馬、大眾、現(xiàn)代、通用等，以及我國的海馬、華普、奇瑞等幾家汽車廠商都在積極進(jìn)行這方面的研究，以論證其可行性。在電動(dòng)乘用車中采用超級(jí)電容器，一方面有助于降低綜合成本，另一方面也能夠提高整體可靠性。根據(jù)部分廠商相關(guān)研究項(xiàng)目顯示，超級(jí)電容器在汽車上的應(yīng)用前景仍比較樂觀，尤其是燃料電池車。目前大部分觀點(diǎn)都認(rèn)為燃料電池車將是電動(dòng)汽車發(fā)展的終極目標(biāo)。而在寶馬、本田、大眾和馬自

28、達(dá)等廠商研發(fā)的燃料電池車中，大多采用了燃料電池+超級(jí)電容器的配置方案，由超級(jí)電容器提高尖峰功率和回收制動(dòng)能量。目前，Maxwell的電動(dòng)汽車用超級(jí)電容器產(chǎn)品在中國占有絕對(duì)的統(tǒng)治地位，其它廠商占有的份額微乎其微。主要原因在于：一是我國的超級(jí)電容車剛開始發(fā)展，仍處于起步階段，無論是混合動(dòng)力還是純電動(dòng)，其可靠性、穩(wěn)定性等相關(guān)指標(biāo)還不是很好，這就需要通過各種方法來提高可靠性和穩(wěn)定性，因此，廠商往往傾向于選擇最優(yōu)的零部件，尤其是超級(jí)電容器這種關(guān)鍵零部件。二是Maxwell的超級(jí)電容器模塊已實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)，經(jīng)過大批量市場(chǎng)驗(yàn)證，可靠性、穩(wěn)定性及一致性都具有領(lǐng)先水平，價(jià)格也在汽車廠商可接受的范圍內(nèi)。三是其它廠商的電動(dòng)汽車用超級(jí)電容器研發(fā)水平、生產(chǎn)制造經(jīng)驗(yàn)和實(shí)際應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)仍有不小的欠缺，產(chǎn)品處于試驗(yàn)或是小批量應(yīng)用階段，尚沒能對(duì)Maxwell構(gòu)成大的挑戰(zhàn)。隨著電動(dòng)汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展、國產(chǎn)超級(jí)電容器的性能和可靠性得到提升以及更具有性價(jià)比，奧爾威咨詢認(rèn)為，國產(chǎn)超級(jí)電容器存在著較大的發(fā)展空間。國內(nèi)有多家廠商在研發(fā)或已生產(chǎn)出電動(dòng)汽車用超級(jí)電容器（大容量超級(jí)電容器），上海奧威、