2016年国内外超级电容行发展现状及未来趋势分析

2016年国内外超级电容行发展现状及未来趋势分析

一、超级电容的定义

超级电容又名电化学电容器，双电层电容器是通过极化电解质来储能的一种电化学元件。它不同于传统的化学电源，是一种介于传统电容器与电池之间、具有特殊性能的电源，主要依靠双电层和氧化还原假电容电荷储存电能。但在其储能的过程并不发生化学反应，这种储能过程是可逆的，也正因为此超级电容器可以反复充放电数十万次。其基本原理和其它种类的双电层电容器一样，都是利用活性炭多孔电极和电解质组成的双电层结构获得超大的容量。

二、超级电容有哪些特点

（1）充电速度快，充电几秒-几分钟就可充满；

（2）循环使用寿命长，深度充放电循环使用次数可达1-50万次，远高于充电电池的充放电使用寿命；

（3）功率密度高，可以快速存储释放电荷，可达300W/KG-5000W/KG，相当于电池电量的5-10倍；

（4）大电流放电能力强，能量转换效率高，循环过程能量损失小，循环效率≥90%；

（5）贮存寿命长，因为充电过程没有化学反应，电极材料相对稳定；

（6）低温特性好，温度范围宽-40℃～+70℃，随着温度的降低，锂电池放电性能显著下降；（7）可靠性高。

缺点：成本高，功率密度较高，能量密度低。

法拉（farad），简称“法”，符号是F

1法拉是电容存储1库仑电量时，两极板间电势差是1伏特1F=1C/1V

1库仑是1A电流在1s内输运的电量，即1C=1A·S。

1法拉=1安培·秒/伏特

一个12伏14安时的电瓶放电量=14×3600×1/12=4200法拉（F），图中一个30000F的超级电容的电量相当于7个12伏14安时的电瓶放电量，够大吧。

三、超级电容的种类

按储存电能的机理，超级电容器可分为以下2种：包括双电层电容器和赝电容器。

四、超级电容的用途

超级电容可以广泛应用于辅助峰值功率、备用电源、存储再生能量、替代电源等不同的应用场景，在工业控制、风光发电、交通工具、智能三表、电动工具、军工等领域具有非常广阔的发展前景，特别是在部分应用领域具有非常大的性能优势。

1、电子设备最早应用：例如我们电脑的内存系统、照相机的闪光灯，音响设备后备存储电源。

2、汽车工业中：插电式混合动力汽车中超级电容主要和电池相配合形成智能启停控制系统。（1）超级电容可以迅速高效地吸收电动汽车制动产生的再生动能；

（2）加速和爬坡时超级电容为智能启停控制系统电机提供电能，延长了电池的使用寿命。

3、大尺寸超级电容器可用在火车和地铁的刹车制动系统上，可以节省30%的能量。

4、超级电容轻轨列车

超级电容轻轨列车是一种新型电力机车。2012年8月10日，世界第一列超级电容轻轨列车在湖南省株洲市下线。这种新型电力机车最多能运载320人，不再需要沿途架设高压线，停站30秒钟就能快速充满电。列车充电后能高速驶向相距2公里左右的另一个站点，再上下客并充电，如此周而复始。

5、全球首创超级电容储能式现代电车

没有传统无轨电车的“辫子”、没有尾气排放、乘客上下车的30秒内可充满电并行驶5公里以上、刹车和下坡时把80%的刹车能量转成电能回收储存再使用。

6、电力行业的应用

（1）后备电源

线路有电时，DC/DC电源模块为FTU提供工作电源，超级电容提供给开关设备的电动分闸机构分闸电源。当线路始失电时，超级电容作为FTU的后备电源，同时也为开关设备的电动分闸机构提供分闸电源。

（2）微电网储能系统

超级电容可以在低负荷时储存电源的电能，而在高负荷时输出电能给微电网以调整功率需求，提高电网的稳定性。

（3）在风力发电领域用于为变桨系统提供动力。大功率超级电容器利用其充放电快，循环寿命长的特点，为保证电动变桨系统可靠安全地运行，超级电容器用于提供所需的驱动电力或后备电力，以便在电力供应停止的时候把桨叶的方向转到安全位置。可以代替电池胜任此工作。

（4）军事和航天领域的应用

激光武器、以及航天飞行器等高功率军事装备，高能量电池与超级电容器组合构成“超高功率脉冲电源”，重型卡车、装甲运兵车及坦克使用电池与超级电容器组合的混合动力系统。（5）工程机械领域的应用

大型工程机械启动，停止比较频繁。超级电容组成的混合动力系统可以改善工程机械的能源消耗。例如电梯运行时，超过1/3的电能是以热量的形式浪费掉。超级电容器可以将电梯刹车的能量进行回收，用于电梯运行。

五、超级电容市场发展趋势

超级电容器发展到今天，经历了三十多年的发展过程。目前，微型超级电容器在小型机电设备上得到广泛应用，例如电脑内存系统、照相机、音频设备和间歇性用电的辅助设施。而大尺寸的柱状超级电容器则多被用于汽车领域和新能源领域，未来的发展而言，超级电容器将是汽车行业和新能源采集的重要组成部分。超级电容器有着巨大的发展潜力。

与电池技术的进步和发展相比。超级电容器成本高、能量密度低的特点也与锂电池形成鲜明对比，这也限制了它在很多领域的使用，在实际应用中被电池代替。然而，超级电容器在技术上一旦取得突破，将对新能源产业的发展产生极大的推动力。

1、国际市场状况

目前，世界上许多国家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。根据IDTechEX 数据统计，2014年超级电容器全球市场规模为11亿美元。预计到2018年，超级电容器全球市场规模将达到32亿美元，年复合增长率为31%。

目前国外企业处于领先地位，占据着全球大部分市场。领导厂商MAXWELL。Maxwell科技在创新型高性价比储能和输电解决方案的开发和制造领域居全球领先地位。它的产品在中国超容混合动力客车的保有量已超过一万辆。

2、我国超级电容器的发展状况

我国研制超级电容器起步较晚，与国外先进水平还有一定的差距。技术相对落后，中国市场的超级电容器绝大部分依赖进口。国内从事超级电容器研发的厂家50多家，能够批量生产并达到实用化水平的厂家只有10多家。国内厂商大多生产液体双电层电容器，重要企业有锦州富辰公司、北京集星公司、上海奥威公司等十多家。

上海奥威科技开发有限公司开发的“车用超级电容器”，在技术水平上较为先进，某些性能

已经超过了国外同类产品。国内企业不断积极研发，也取得了一定成果，我国研制成功世界首列超级电容有轨电车和客车在公交和轨道交通领域投入了运营。中国中车株洲电力机车有限公司自主研制的新一代大功率石墨烯超级电容问世。经院士专家组评审认定，其代表了目前世界超级电容单体技术的最高水平。

由中车株机公司研发的国内第一个石油钻井机超级电容储能系统在中原油田投入应用，这是超级电容储能系统运用在采油领域的一次成功尝试。运用超级电容储能系统的钻井机单个日均可为企业节省柴油约500升。

我国将“超级电容器关键材料的研究和制备技术”列入到《国家中长期科学和技术发展纲要（2006-2020年）》，作为能源领域中的前沿技术之一。随着我国超级电容的技术不断进步，国产超级电容的性能得到突破，高端产品将逐步实现国产化代替进口。

六、超级电容市场规模

数据显示，2015年国内超电市场规模超过了70亿元，而这一数字在2013年只有31亿元，年度复合增长率超过40%。