電子發(fā)燒友網(wǎng)報(bào)道（文/李寧遠(yuǎn)）不同的電壓等級(jí)和不同容值下，有很多種電容的細(xì)分類別，從小容值到大容值大致上分為陶瓷電容、薄膜電容、鋁電解電容。而在超高容值范圍里還有目前商業(yè)化推進(jìn)如火如荼的雙電層電容，也就是我們常說的超級(jí)電容。

超級(jí)電容是一種正在鋪開應(yīng)用的儲(chǔ)能裝置，是一種介于電容和電池之間的特殊電容，既有著電容的特性又有著電池的特性，具備輔助峰值功率、備用電源、存儲(chǔ)再生能量、替代電源等用途。

儲(chǔ)能＋汽車，超級(jí)電容與下游應(yīng)用相輔相成

超級(jí)電容從概念興起到現(xiàn)在開始在各行各業(yè)取得應(yīng)用，已經(jīng)被人們所熟知。尤其是近幾年，很多超級(jí)電容項(xiàng)目開始規(guī)?；涞?。目前主流應(yīng)用以雙電層電容器為主，雙電層電容類似于傳統(tǒng)電容，在電場(chǎng)作用下產(chǎn)生的極化電荷可以產(chǎn)生電容效應(yīng)，同時(shí)又由于緊密的電荷層間距比普通電容電荷層間的距離小得多，因而具有比普通電容更大的容量。

除了主流應(yīng)用的雙電層電容，超級(jí)電容還有還有法拉第準(zhǔn)電容器以及鋰離子超容兩種類型，鋰離子超容能顯著提高器件工作電壓，法拉第準(zhǔn)電容器則更像傳統(tǒng)電池能對(duì)能量進(jìn)行存儲(chǔ)和轉(zhuǎn)換。

在超級(jí)電容的下游應(yīng)用涉及儲(chǔ)能、工業(yè)、交通運(yùn)輸、消費(fèi)電子等諸多場(chǎng)景，但目前最火熱的無疑是儲(chǔ)能和交通運(yùn)輸兩個(gè)場(chǎng)景。根據(jù)公開資料，新能源和交通運(yùn)輸兩大應(yīng)用領(lǐng)域共占據(jù)了超級(jí)電容需求的72.7%，其中新能源應(yīng)用為41.3%，交通運(yùn)輸為31.4%。

儲(chǔ)能是超級(jí)電容應(yīng)用的大方向，特別是功率型儲(chǔ)能，去年電網(wǎng)調(diào)頻、混合儲(chǔ)能等超級(jí)電容項(xiàng)目開始密集落地，超級(jí)電容的高功率、高可靠、環(huán)保特性優(yōu)勢(shì)被充分發(fā)揮了出來?；旌蟽?chǔ)能系統(tǒng)需要有調(diào)頻功能，減少電力系統(tǒng)常規(guī)機(jī)組的調(diào)頻壓力。這意味著在輸配電側(cè)、用電側(cè)都需要使用功率型儲(chǔ)能器件提供短時(shí)、高功率的峰值脈沖。在發(fā)電側(cè)中超級(jí)電容作為短時(shí)儲(chǔ)能裝置抑制入網(wǎng)時(shí)帶來的功率波動(dòng)影響；和鋰離子電池組成混合儲(chǔ)能系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)峰、調(diào)頻模式切換。在輸配電側(cè)中超級(jí)電容用于變電站調(diào)頻，在配電終端后備電源，當(dāng)電網(wǎng)發(fā)生大波動(dòng)時(shí)超級(jí)電容也能在瞬時(shí)時(shí)間內(nèi)進(jìn)行調(diào)頻。而且超級(jí)電容作為備用電源在緊急情況下解決用電問題也是不錯(cuò)的選擇。

車輛交通應(yīng)用是超級(jí)電容下游應(yīng)用第二大市場(chǎng)，車用超級(jí)電容一直備受期待，相關(guān)產(chǎn)品熱度很高。雖然超級(jí)電容的能量密度不到鋰電池的5%不適合在電壓等級(jí)越來越高的系統(tǒng)里作為主電源，但是超級(jí)電容在低壓系統(tǒng)做主電源或是在高電壓等級(jí)系統(tǒng)里作為輔助電源都大有可為。汽車12V電氣系統(tǒng)的主電源已經(jīng)有不少用超級(jí)電容替代鉛蓄電池的案例，實(shí)現(xiàn)汽車高功率啟動(dòng)的同時(shí)還能回收制動(dòng)能量。根據(jù)Frost&Sullivan調(diào)研數(shù)據(jù)，超級(jí)電容在汽車啟停上的應(yīng)用可以幫助節(jié)省燃料1%—5%，減少污染排放30%—40%。

汽車48V系統(tǒng)現(xiàn)在受到熱捧，是下一步汽車電氣平臺(tái)升級(jí)的方向，超級(jí)電容在48V系統(tǒng)中用作線控電源的需求也開始增加，48V系統(tǒng)中超級(jí)電容極高的功率密度和快速的響應(yīng)速度能夠大大增加線控系統(tǒng)的可靠性。

超級(jí)電容技術(shù)水平的逐步完善以及商業(yè)化落地的迅速推進(jìn)和下游應(yīng)用的政策支持相輔相成，發(fā)展平穩(wěn)并逐漸開始加速。

國(guó)內(nèi)超級(jí)電容器進(jìn)展如何？

從市場(chǎng)規(guī)模來看，根據(jù)Markets and Research報(bào)告，2022年全球超級(jí)電容器市場(chǎng)達(dá)到44億美元，預(yù)計(jì)到2028年將達(dá)到152億美元，其間的復(fù)合年增長(zhǎng)率為22.95%。在中游的超級(jí)電容器成品市場(chǎng)，Maxwell是市場(chǎng)占有率最高的，此外一些知名的國(guó)外廠商還包括松下、NEC Tokin、NessCap等，國(guó)內(nèi)的寧波中車、上海奧威科技、江海股份、凱美能源等廠商的超級(jí)電容器產(chǎn)品也都相當(dāng)不錯(cuò)，其中寧波中車的市占率在國(guó)內(nèi)非常高。

寧波中車的超級(jí)電容產(chǎn)品目前有單體產(chǎn)品和模組產(chǎn)品兩大類，還專門為具體應(yīng)用做了整體解決方案。其中超級(jí)電容單體產(chǎn)品最大容量60000F，覆蓋多種電壓等級(jí)。超級(jí)電容模組由單體經(jīng)串聯(lián)、并聯(lián)或混聯(lián)后組成，目前較為常用的包括16V模組、48V模組、80V模組等。
上海奧威科技的超級(jí)電容技術(shù)路線多樣，旗下UCK系列有機(jī)混合型超級(jí)電容器、UCR系列有機(jī)對(duì)稱型超級(jí)電容器等產(chǎn)品均實(shí)現(xiàn)了量產(chǎn)，在國(guó)內(nèi)交通運(yùn)輸領(lǐng)域有很多應(yīng)用。其中UCK系列最高容量開發(fā)至28000F，亮點(diǎn)在于能量密度非常高，最高可達(dá)到120Wh/kg。

江海股份布局了雙電層超級(jí)電容和鋰離子超級(jí)電容，雙電層超級(jí)電容產(chǎn)品在智能三表、物聯(lián)網(wǎng)、風(fēng)電變槳后備電源和汽車啟停領(lǐng)域獲得了廣泛應(yīng)用，鋰離子超級(jí)電容憑借高能量密度在機(jī)器人、軌道交通領(lǐng)域也應(yīng)用不少。目前單體超級(jí)電容在16000F。

凱美能源在超級(jí)電容器產(chǎn)品有十大系列、十七種類型，型號(hào)很全，年產(chǎn)量達(dá)2.5億只，尤其是旗下的卷繞單體超級(jí)電容，最高容值3000F，但有著行業(yè)領(lǐng)先的電壓保持特性，可靠性很高。

決定超級(jí)電容性能的核心原材料

不同于追求工藝、迭代快速的主動(dòng)元器件，電容這類被動(dòng)元件生產(chǎn)工藝相對(duì)簡(jiǎn)單，但是格外看重材料的性能，優(yōu)質(zhì)的上游材料是被動(dòng)元件優(yōu)質(zhì)性能的基礎(chǔ)。在超級(jí)電容這個(gè)行業(yè)，最關(guān)鍵的，還是材料。電極、隔膜和電解液是決定超級(jí)電容性能的核心原材料。其中又以電極材料占比最高（40%-50%），超級(jí)電容的功率與能量密度很大程度上受限于電極材料。

隔膜目前基本上還都是日本進(jìn)口，國(guó)內(nèi)企業(yè)剛剛起步，凱恩股份、柔創(chuàng)納米這些目前正在測(cè)試階段。電解液國(guó)內(nèi)實(shí)力很強(qiáng)，國(guó)內(nèi)的新宙邦是全球最大的電解液供應(yīng)商，國(guó)內(nèi)外超級(jí)電容廠商基本都是其下游。

電極材料這個(gè)領(lǐng)域，有走碳材料、過渡金屬氧化物、導(dǎo)電聚合物、復(fù)合材料幾種路線。最成熟的還是碳材料，也就是活性炭、碳納米管、石墨烯。碳材料上目前最強(qiáng)勢(shì)的是日本可樂麗，幾乎壟斷了高端硬碳和活性炭。國(guó)內(nèi)則有元力股份、美錦能源、大潮炭能、北海星石在碳材料上做突破。

國(guó)內(nèi)超級(jí)電容產(chǎn)業(yè)想要突破瓶頸，一定會(huì)在高能量、低成本電極材料上下苦功。近年來國(guó)內(nèi)也加大了對(duì)超級(jí)電容電極、電解質(zhì)材料及其制備技術(shù)的研究力度，推進(jìn)超級(jí)電容原材料國(guó)產(chǎn)化。去年美錦能源的超級(jí)電容炭項(xiàng)目10噸/年中試線已建成投產(chǎn)，并且已經(jīng)與寧波中車、上海奧威和錦州凱美這些國(guó)內(nèi)超級(jí)電容頭部廠商達(dá)成了供貨意向，大大推進(jìn)了原材料國(guó)產(chǎn)化。

寫在最后

儲(chǔ)能和汽車應(yīng)用的火熱大大加速了超級(jí)電容的發(fā)展，擴(kuò)大了不少市場(chǎng)需求，加速了超級(jí)電容的商業(yè)化落地。與此同時(shí)，超級(jí)電容在工業(yè)設(shè)備、消費(fèi)電子等不同場(chǎng)景里也都有著非常廣闊的發(fā)展前景，并已經(jīng)有相關(guān)應(yīng)用落地實(shí)現(xiàn)。在整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈的通力合作下，超級(jí)電容器的發(fā)展有望進(jìn)一步加速。