超级电容器展现状及前景分析

超级电容器发展现状及前景分析一、超级电容器的概念超级电容器是一种具有超级储电能力，可提供强大的脉冲功率的物理二次电源，它是根据电化学双电层理论研制而成的，所以又称双电层电容器。

超级电容器基本原理为：当向电极充电时，处于理想极化电极状态的电极表面电荷将吸引周围电解质溶液中的异性离子，使这些离子附于电极表面上形成双电荷层，构成双电层电容。

由于两电荷层的距离非常小（一般0.5mm以下），再加之采用特殊电极结构，使电极表面积成万倍的增加，从而产生极大的电容量。

超级电容器实现了电容量由微法级向法拉级的飞跃，彻底改变了人们对电容器的传统印象。

目前，超级电容器已形成系列产品，实现电容量0.5-1000F（法），工们电压12-400V，最大放电电流400-2000A。

超级电容器的性能特点：①．具有法拉级的超大电容量；②．比脉冲功率比蓄电池高近十倍；③．充放电循环寿命在十万次以上；④．能在-40℃-70℃的环境温度中正常使用；⑤．有超强的荷电保持能力，漏电源非常小；⑥．充电迅速，使用便捷；⑦．无污染，真正免维护。

二、超级电容器行业市场分析超级电容器根据制造工艺和外形结构可划分为钮扣型、卷绕型和大型三种类型，三者在容量上大致归类为小于5F、5F~200F、大于200F，它们由于其特点的不同，运用领域也有所差异。

钮扣型产品具备小电流、长时间放电的特点，可用在小功率电子产品及电动玩具产品中；而卷绕型和大型产品则多在需要大电流短时放电，有记忆存储功能的电子产品中做后备电源，适用于带CPU的智能家电、工控和通信领域中的存储备份部件；另外大型超级电容器通过串并联构成电源系统可用在汽车等高能供应装置上。

这三种超级电容器在全球和国内的生产规模情况分别见表1和表2所示。

表1、表2是对三种超级电容器产业规模进行调查而得到的数据整理而成的，分别反映了世界和我国超级电容器产业的情况。

从这两个表中我们不难发现三个问题：①．超级电容器产业的发展非常迅速，无论是钮扣型还是卷绕型或是大型超级电容器，其产业规模都在高速扩展。

②．我国在钮扣型超级电容方面的竞争力不明显，在我国钮扣型市场中，海外产品几乎占据了90%以上的份额，竞争非常激烈。

数据表明，近几年国内厂家的市场份额也在逐步扩大。

③．卷绕型和大型方面，我国的技术水平与国际接近，市场份额也比较理想。

近几年，中国厂商的销售收人也在呈几何倍数增长。

据调查，国产超级电容器已占有中国市场60%~70%的份额。

以下将从国际和国内市场进行分析：（1）国际市场状况目前，美国、欧洲和日本都在积极开展超级电容相关的研究开发工作。

其中主要的生产企业有：美国的MAXWELL公司、俄罗斯的ECOND公司、ELIT公司，日本的ELNA公司、PANASONIC公司、NEC-TOKIN公司，韩国的NESS 公司、KORCHIP公司、NUINTEK公司等。

美国Maxwell公司的PC系列产品体积小、内阻低，产品一致性好，串并联容易，但价格较高；日本的NEC公司、松下公司、Tokin公司均有系列超级屯容器产品其产品多为圆柱体形，规格较为齐全，适用范围广，在超级电容器领域占有较大市场份额；俄罗斯ECOND公司对超级电容器已有25年的研究历史，该公司代表着俄罗斯的先进水平，其产品以大功率超级电容器产品为主，适用于作动力电容。

（2）国内市场状况我国从九十年代开始研制超级双电层电容器，与国外先进水平还有一定的差距。

目前，国内厂商大多生产液体双电层电容器，主要的企业有上海奥威公司、北京集星公司、锦州富辰公司、锦州锦容公司、石家庄高达公司、北京金正平公司、锦州凯美公司、大庆振富公司、江苏双登公司、哈尔滨巨容公司、南京集华公司等十多家。

其中以锦州富辰公司规模最大，其主要生产钮扣型和卷绕型超级电容器，上海奥威公司技术和产品性能领先。

国内超级电容产品虽然在工艺和部分产品性能上不及国外公司，但差距正逐步缩小，特别是在绕线和大型超级电容上部分性能超出，具体见表3所示。

数据来源金元证券研究所超级电容网其中，上海奥威科技公司是国内一家重要的超级电容器供应商，其技术新能与国外同行已经不相上下。

该公成于1998年，承担了国家863计划电动汽车用超级电容器课题、上海市无轨电车脱线运行改造等项目；在小功率应用方面，其超级电容器作为备用电可用于各类智能仪器仪表、计算机、家用电器和电动玩具等领域；而作为源则可用于各种车辆、内燃机的启动，以及电动自行车、电动摩托车、电公交车的牵引等领域。

在小功率应用方面主要厂商为锦州锦容超级电容器有限公司，其产品包括卷绕式、叠片式和钮扣式等类型，容量范围在0.33-270F之间，其产品已经应用到太阳能高速公路指示灯、玩具车和微机后备电源等领域。

短时大功率应用方面主要有石家庄高达科技、北京金正平公司。

其产品已经形成了容量在0.5-2000F、工作电压在12-400V、最大放电电流在400-2000A的系列超级电容器产品，能在-40℃-70℃的温度环境下正常工作。

技术水平已接近俄罗斯，但价格却仅为俄罗斯的1/3，具有较高的性价比。

在环保型交通工具方面，上海奥威科技参与了上海市有线电车改造项目，主要是解决部分路口的电车架空线被取消后，在这些路段采用超级电容器作为主电源进行“脱辫”行驶。

而哈尔滨巨容新能源公司的超级电容器也已在环保公交车上进行中试。

北京集星科技公司的SPSCAP超级电容器也已经开始应用于车辆启动、电力和地质勘测设备等。

三、超级电容器的应用超级电容器作为大功率物理二次电源，在国民经济各领域用途十分广泛。

其主要体现在以下四个方面：（1）超级电容器在交通工具节能环保方面有着广泛的应用由于超级电容器公交以电力为能源，没有汽车尾气的排放，没有地面轨道和空中触线网，更加干净、灵活。

而且超级电容器还解决了原来所用蓄电池所带来的污染问题，同时超级电容所具有的循环充电寿命长的优点。

超级电容器具有功率密度高(比铅蓄电池大一个数量级)和使用温度范围宽( -40 ~ +70℃)的特点。

（2）超级电容器可以用于USP系统和备用电源当今的UPS（不间断电源）系统大多数使用铅蓄电池作为应急电源，而由于它的充电接受能力远不如超级电容器，那么在频繁停电的情况下使用时，就会因长期充电不足而使电池硫酸盐化，从而缩短使用的寿命。

超级电容器在这种情况下，由于可以在数分钟内充足电，就完全不会受到频繁停电的影响。

另外，在某些特殊情况下，超级电容的高功率密度输出特性，会使它成为很好的应急电源。

（3）超级电容在军事领域也有很大的用途新一代激光武器、潜艇、导弹以及航天飞行器等高功率军事装备，在发射阶段除装备有常规高比能量电池外，还必须与超级电容器组合才能构成"致密型超高功率脉冲电源"，通过对脉冲释放率、脉冲密度、峰值释放功率的调整，使电脉冲推进器、电弧喷气式伺服器等装置能实现在脉冲状态下达到任何平均功率水平的功率状态。

此外，军事用途的载重卡车、装甲车辆、电动车辆在恶劣条件下，如启动、爬坡、刹车等过程，也必须使用电池与超极电容器组合的动力装置，即混合动力系统。

（4）在小功率用电设备上的应用传统的电池手电筒寿命有限，即使是现代的LDE手电筒，充满电也需要数小时，电池的循环寿命很短。

而使用超级电容器作为储能元件的手电筒，充电只需90s，循环寿命可达明50万次。

如果每天充放电一次，可使用约135年，这种战术手电筒是警察和军队开发的。

采用超级电容器作为储能元件，确保了应急照明灯具有节电、高亮度、不间断性和长寿命的特点。

四、超级电容在应用中面临的主要问题超级电容以自身优秀的特点，使其在交通、工业、军事、消费类电子产品等领域得到了越来越广泛的应用。

但是，由于超级电容器是一个新兴的储能器件，它在应用中还有很多的问题需要解决，主要体现在以下三方面：（1）超级电容器自身技术问题目前的超级电容器在电能存储方面与电池相比还有一定的差距，因此怎样提高单位体积内的能量(即能量密度)是目前超级电容器领域的研究的重点与难点。

应该说制造工艺与技术的改进是提高超级电容器的存储能力的一个行之有效的方法，但是从长远来看，寻找新的电极活性材料才是根本之所在，但同时也是难点之所在。

（2）电参数模型的建立问题在某些领域，超级电容模型可以等效为理想模型。

但是在军事应用中，尤其是在卫星和航天器的电源应用中，一些非理想参数可能会带来潜在的隐患，这是不可忽视的。

普通信号、滤波、储能电容引起的谐振由于能量有限，所引起的问题有较成熟的解决方案，但由于超级电容携带极高的能量，具备瞬间吞吐巨大能量的能力，研究负载性质、负载波动或外部环境以及偶然因素引起的扰动对系统稳定性可能造成的影响，对可靠性设计是非常重要的。

（3）一致性检测问题超级电容的额定电压很低(不到3V)，在应用中需要大量的串联。

由于应用中需要大电流充放电，而过充则对电容的寿命有严重的影响，因此，串联中的各个单体电容器上电压是否一致是至关重要的。

五、超级电容器发展前景分析近年来，超级电容器在需要更高效更可靠电源的新技术领域中逐渐崭露头角。

超级电容器产品正为各行业提供蓄能和输电解决方案，包括从移动电子到工业设备等各方面，如汽车、重型运输、可再生能源（风和太阳能）、后备能源、无线通信、消费和工业电子，应用范围非常广。

尤其是随着新能源行业的发展，电动汽车已经成为全球汽车行业重点关注的领域，作为其关键部件——核心动力储能设备的超级电容器也步入高速发展的阶段。

超级电容器已成为改善传统电车缺陷，发挥其零排放、节能、低成本、低噪音等优点的一种先进的储能装置。

超级电容作为一种储能大、充放电速度快、工作温度范围宽、工作安全可靠无需维护保养的储能系统，随着超级电容器技术的发展，它将逐步取代蓄电池，应用领域不断拓宽，必将推动技术的进步，取得更大的经济和社会效益。