下载掌阅APP，畅读海量书库
立即打开
超级电容器也叫作电化学电容器，它性能稳定，比容量为传统电容器的20～200倍，比功率一般大于1000W/kg。循环寿命和可存储的能量比传统电容要高得多，并且充电快速。由于它们的使用寿命非常长，可被应用于终端产品的整个生命周期。当高能量电池和燃料电池与超级电容器技术相结合时，可实现高功率密度、高能量密度特性和长的工作寿命。近年来，大功率超级电容器在电动车、太阳能装置、重型机械等领域所表现出的朝阳产业趋势，许多发达国家都已把超级电容器项目作为国家重点研究和开发项目，超级电容器的国内外市场正呈现出前所未有的蓬勃景象。
超级电容器的应用已经日渐成熟，在工业、通信、医疗器械、军事装备和交通等领域得到广泛的应用 [4] 。从小容量的应急储能到大规模的电力储能，从单独储能到与蓄电池或燃料电池组成混合储能系统，超级电容器均显示出独特的优越性。概括起来，超级电容器的应用方向可分为以下4个领域。
1.小功率电子设备的主电源、替换电源或后备电源
1）主电源：超级电容器适合应用于主电源。典型的应用有电动玩具，其作为主电源的优点是体积小、重量轻、功率密度大和能够迅速地起动。
2）替换电源：超级电容器也适合应用于替换电源。典型的应用有路标灯、太阳能手表、交通信号灯和公共汽车停车站时间表灯等。
3）后备电源：超级电容器广泛应用于后备电源。典型的应用有车载计量器、车载计费器、无线电波接收器和照相机等。
2.混合电动汽车和电动汽车
超级电容器的寿命是电化学电池（蓄电池和锂离子电池等）的数百倍，并且不需要维护，因此超级电容器应用于电动汽车的总费用远低于一般电化学电池的电动汽车 [5] 。当前世界各国均在开发电动汽车，其中投入最大的是混合电动汽车（Hybrid Electric Vehicle）。混合动力汽车是应用蓄电池为电动汽车提供正常运行功率，而加速和爬坡时需要瞬时大功率的场合应用超级电容器来补充功率，同时，应用超大容量电容器存储制动时产生的再生能量。所以，电动汽车应用超级电容器后具有起步快、加速快和爬坡能力强等优点。
3.可再生能源发电系统和分布式电力系统
超级电容器可以充分发挥储能密度高、功率密度大、循环寿命长和无须维护等优点，既可以单独储存能量，又可以与其他储能系统混合储能。超级电容器可以与太阳能电池相结合，应用在路灯、交通警示牌和交通标志灯等，还可以应用于分布式发电系统，比如风力发电站，水力发电站等，通过超级电容器储能可以对系统起到瞬间功率补偿的作用，用来提高供电系统的稳定性和可靠性。这种供电方式能够很好地补偿发电设备的输出功率不稳定和不可预测的特点。
4.能量缓冲器
能量缓冲器是由超级电容器和功率变换器组成，它主要应用于电梯等变频驱动系统。当电梯加速上升时，能量缓冲器向驱动系统中的直流母线供电，提供电动机所需的峰值功率；当电梯减速下降时，能量缓冲器吸收电动机回馈的能量。
超级电容器在便携式仪器仪表中如驱动微电动机、继电器、电磁阀中可以替代电池工作。它可以避免由于瞬间负载变化而产生的误操作。超级电容器还可用于对照相机闪光灯进行供电，可以使闪光灯达到连续使用的性能，从而提高照相机连续拍摄的能力。它应用在可拍照手机上，能使得拍照手机可以使用大功率LED。超级电容器技术还可应用在移动无线通信设备中。这些设备往往采用脉冲的方式保持联络，由于超级电容器的瞬时充放电能力强，可以提供的功率大，因此在这一领域的应用非常广阔。在众多大型石化、电子、纺织等企业的重要电力系统特别是在大功率系统上的瞬态稳压稳流，超级电容器几乎是不可替代的元件。另外，芯片企业在选址时考虑电力的波动也是一个非常重要的环节，而超级电容器系统则可以完全解决这个问题。
超级电容器在短时UPS系统、电磁操作机构电源、太阳能电源、汽车防盗、汽车音响等系统上也具有不可替代的作用。在风力发电或太阳能发电系统中，由于风力与太阳能的不稳定性，会引起蓄电池反复频繁充电，导致寿命缩短，超级电容器可以吸收或补充电能的波动，从而解决这一问题。超级电容器在电动汽车、混合燃料汽车和特殊载重车辆方面也有着巨大的应用价值和市场潜力。作为电动汽车和混合动力汽车的动力电源，可以单独使用超级电容器或将其与蓄电池联用。这样，超级电容器在用作电动汽车的短时驱动电源时，可以在汽车起动和爬坡时快速提供大电流从而获得功率以提供强大的动力；在正常行驶时由蓄电池快速充电；在制动时快速存储发电机产生的瞬时大电流，从而减少电动汽车对蓄电池大电流放电的限制，延长蓄电池的循环使用寿命，提高电动汽车的实用性超级电容器在电动助力车市场上的应用也正在扩展。电动助力车上的蓄电池由于其充放电电流要求苛刻，能量难以进行瞬时回收，而超级电容器非常容易满足这些要求。超级电容器在电动助力车起动、加速与爬坡时对系统进行能源补充，并在制动时完全回收能量，提高系统性能。
超级电容器作为21世纪重点发展的新型储能产品之一，正在为越来越多的国家和企业争相研制和生产，其进步之迅速有目共睹。在1991年举办的第l届国际双电层电容器与混合能量存储器年会中，最大的单体电容器是由松下公司设计开发的容量为470F的电容器，其电压为2.3V。而今天，松下公司生产的相同尺寸的单体电容器，其容量已经超过了2000F。同时，不只是松下公司，世界上许多公司都已经开始进入到这个领域中来。这些公司主要从事发展大型制造技术和市场销售，以便使电容器产品能够和市场上的便携式电子设备和脉冲功率用电器配套使用。可以说，如今的超级电容器市场已经进入群雄逐鹿的时代：Maxwell在San Diego的公司是美国最主要的大型电化学电容器的生产厂家；PowerStor公司是由Lawrence Livermore实验室的炭气凝胶技术发展起来的，现在已经颇具规模；韩国的Ness公司，一开始就对小型储能器感兴趣，它的产品已经遍及整个市场，从小型的一直到最大型的，都有产品生产，现在已经发展成为一支在电化学电容器脉冲功率性能方面独占鳌头的公司；德国的Siemens Matsushita公司的产品也大大超越了其以前所有的产品，它所属Maxwell公司旗下，后成为EPCOS公司；最近，作为世界电解电容器行业中重要成员之一的日本化学公司，现在也已正式加入到超级电容器行业中——由Okamura先生创办的Power System公司现在已经拥有了一条大型产品的生产线；俄罗斯的ECOND公司、ELIT公司和ESMA公司的某些产品也是超级电容器队伍中不可小觑的力量，其中，俄罗斯的ESMA公司是生产无机混合型超级电容器的代表。
近年来，我国一些公司也开始积极涉足这一产业，并已经具备了一定的技术实力和产业化能力，重要企业有锦州富公司、北京集星公司、北京合众汇能、上海奥威公司、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、大庆振富科技、哈尔滨巨容公司、南京集华公司、新宙邦公司等。其中新宙邦公司现已成为全球主流的超级电容器制造商，如美国Maxwell公司、REDI公司等上游厂商的合格供应商，并逐步实现批量供货；国内客户主要有北京集星、北京合众汇能、锦州凯美等公司。自2009年起，公司客户及订单量不断增加，有望成为世界主流的超级电容器厂商的主要供应商之一。
随着近年来超级电容器在电动汽车上的应用，其市场也变得越来越广阔。目前的汽车动力电池市场主要由以下四部分组成：铅酸电池，目前多用于电动自行车；金属氧化物镍电池，价格昂贵，行驶距离短，电动汽车上没前景；磷酸铁锂电池，价格较贵，已经在电动汽车上使用，一次充电可行驶100～120km，需要起动汽油机的混合动力来延长里程；超级电容动力电池，价格便宜，免维护，拥有10万～50万次的充放电循环寿命，也许不久就会成为动力电池的主流。由高纯钛酸钡制造的超级电容器和金属氧化物镍电池/磷酸铁锂动力电池相比，具有能量密度高、电能利用率高、安全、价格便宜等优势。美国能源部最早于20世纪90年代就在《商业日报》上发表声明，强烈建议发展电容器技术，并使这项技术应用于电动汽车上。在当时，加利福尼亚州已经颁布了零排放汽车的近期规划，而这些使用电容器的电动汽车则被普遍认为是正好符合这个标准的汽车。电容器就是实现电动汽车实用化的最具潜力、最有效的一项技术。能源部的声明使得像Maxwell Technologies等一些公司开始进入电化学电容器这一技术领域。时间飞逝，技术的进步为电化学电容器在混合动力车中回收可再生制动能量中的应用铺平了道路。现在，这些混合动力车已经在高度动力混合的城市公交车系统中开始应用。
日本富士重工的电动汽车使用日立电机公司制作的锂离子蓄电池和松下电器公司制作的储能电容器的联用装置；日本本田公司更是将超级电容器与汽油机相结合，研制出一种综合电动机助力器系统，大大降低了内燃机的排放，并可回收制动能量，通过安装在小客车上极大地降低汽油机燃油消耗量而使其成为低排放的节能汽车；日本丰田公司研制的混合电动汽车，其排放与传统汽油机车相比：CO 2 下降50%，CO和NO降低90%，燃油节省一半。
在我国，随着针对私人购买新能源汽车的财政补贴政策的正式出台，市场人士指出，这将成为超级电容器进一步发展的契机。在新能源汽车领域，通常超级电容器与锂离子电池合并使用，二者完美结合形成了性能稳定、节能环保的动力电源，可用于混合动力汽车及纯电动汽车。锂离子电池解决的是汽车充电储能和为汽车提供持久动力的问题，超级电容器的使命则是为汽车起动、加速时提供大功率辅助动力，在汽车制动或怠速运行时收集并储存能量。在国内涉足新能源汽车的厂商中，已有众多厂商选择了超级电容器与锂离子电池配合的技术路线。例如安凯客车的纯电动客车、海马并联纯电动轿车MPe等车型采用锂离子电池/超级电容器动力体系。此外，上海奥威科技开发有限公司研发的将普通活性炭经高技术改性为高纯度活性炭，并制成电储新材料用于超级电容器的技术已实现产业化。他们生产的超级电容器开始用于新能源车。
在不断扩大的市场需求面前，超级电容器行业还处于起步阶段，现有超级电容器产品还存在不完善之处，寻找能够服现有产品功能不足的新技术方案，提升产品性能，降低产品价格，拓宽产品在新领域的应用，加强其与动力电池的合作才是超级电容器未来的发展趋势和方向，尤其是其在新能源车领域的应用更决定了其战略价值，吸引了全球大量的人力物力来研发 [6] 。美国、日本等国家的一些公司凭借多年的开发经验和技术积累，目前在超级电容器的产业化方面处于领先地位。随着我国经济结构的深入调整，相信我们终将会发现其价值，并将陆续出台强有力的产业扶持政策以促进该战略性产品上下游产业链的发展。