发布于：2017/5/31 0:00:00 | 698 次阅读
“近几年的快速发展，更进一步证明超级电容器不仅是一种可行的，甚至是更理想的设计选择，在越来越多的行业得以广泛应用，其前景十分广阔。” Maxwell应用工程部应用工程师李毅山博士如是说。
据储能机理的不同，超级电容可以分为双电层电容(Electrical Double-Layer Capacitor，EDLC)和法拉第准电容两类。目前EDLC市场上常见的类型以扣式、筒状型以及层压式结构为主。
村田（中国）投资有限公司产品工程师吴海华称，普通的扣式或筒状型超级电容由于漏电流大，ESR高，厚度高等缺点，不适于应用于具有大电流放电需求，或使用电池的便携式类设备中。通常这类超级电容的封装性差，在耐湿性,耐高温可靠性方面都不尽人意。而层压式EDLC拥有超低ESR的最适设计，高可靠性的封装，高速地充放电特性以及使用温度范围广等特点，成为目前高端市场发展的趋势。村田专注于层压式EDLC的研发。
作为超级电容领域的先行者和，Maxwell专注于超级电容器的研发和生产已有20 年的时间。据李毅山博士介绍，Maxwell的超级电容器为双电层电容，单体容值为1-3400F，圆柱卷绕型。“目前Maxwell应用最多的是3000F的大容量单体。” 李毅山称Maxwell的优势在于独有的干电极技术，其生产的单体性能更稳定，寿命更长，可靠性更高，且更环保。此外，Maxwell的DuraBlue抗振动和冲击技术保证了其产品能够满足各个应用领域的最严酷的振动和冲击环境。Maxwell应用工程部应用工程师 李毅山博士
从结构看，超级电容器主要由电极、电解质、隔膜、端板、引线和封装材料组成，众所周知，电极材料是超级电容器的关键所在，它决定着电容器的主要性能指标，如能量密度、功率密度和循环稳定性等。李毅山告诉记者，Maxwell超级电容器的电极采用的是活性炭原料，“电极材料的选取除了要考虑对超级电容器性能的影响，还需考虑市场对其成本的接受度。”
目前，超级电容器的生产厂商依然以日、美、韩三国，中国起步相对较晚。广东风华高新科技股份有限公司（以下简称“风华高科”）超级电容项目技术总监朱归胜指出，当前，国内超级电容器企业与国际性企业的技术差距主要体现在关键原材料和极片制造技术上，但近些年国内本土企业通过不懈的努力，在超级电容器制造水平上有了很大的提高，在某些领域也达到了国际先进水平。朱归胜认为，对于我国超级电容器产业，未来加强超级电容器新型电极材料的研发，并降低生产成本，提高超级电容器的品质和积极发展模组应用技术将是我国超级电容器企业追赶甚至是超越国际巨头的必经之路。
和电池相比，由于能量密度较小，考虑到成本和空间的影响，超级电容虽然在一些应用中仍是担当辅助的角色不能完全替代电池，但对于众多受电池限制的产品设计中，超级电容可以说是硬件工程师的一个福音。
“超级电容可作为停电时的备用电源，或在峰值功率输出时提供电力，亦可在便携式类设备中辅助电池延长电池寿命。”吴海华称，除了最常见的在停电时作为备用电源用于企业级SSD、服务器等需要断电数据备份的设备中，小型化高可靠性的层压式EDLC在以下领域中也拥有广阔的应用前景：村田（中国）投资有限公司产品工程师 吴海华
一是，应用于瞬间需要大电流放电的设备中，进行峰值输出辅助, 如LED闪光灯设备，马达驱动设备等。虽然电池具有较高的能量密度，但由于功率密度有限，频繁的大电流放电会严重影响电池的使用寿命。村田的EDLC具有较高的功率密度，不仅可以实现10A以上的大电流放电，其超低的ESR几乎可以忽略放电瞬间的电压降影响。即便是在低温的情况下，内阻也不会像电池大幅上升。
二是，具有WiFi或GPRS等无线通信功能的使用电池的设备中，EDLC可用于辅助通信时的大功率从而延长电池寿命。 这类设备通常对于漏电流和小型化的封装都有较高的要求。村田EDLC在业界首屈一指的超低漏电流，最薄3.2mm的紧凑型封装都是这类设备的选择。比如近来备受关注的穿戴式医疗设备, 智能三表行业等也大有用武之地。
三是，新能源领域的能量采集设备。典型的应用就是在光伏发电或者具有太阳能充电功能的设备。在日间利用从太阳光的光能转化成的电能为EDLC充电，必要时刻释放预先存好的电量，灵活的充放电有助于取代电池或者有效降低电池维护成本。此类应用中，由于设备长期处于阳光直晒的地方，所以对于元器件高温保证具有较高的要求。而村田EDLC则能保证在到-40 ℃～+85℃之间正常工作，即便在持续70度的高温下也能保证5年的产品寿命（干涸寿命）。
据李毅山介绍，目前Maxwell的主要应用领域是混合动力公交车，风力发电机，轨道交通和小汽车。“不同应用领域对功率、能量、电压、振动、温度等的要求不同，要根据实际要求选择不同的产品。” 李毅山称，以公交车为例，除了对频繁充放的大电流能力要求高，其对抗振动的要求也很苛刻，因此Maxwell开发了业界的Durablue高抗振动和冲击技术以满足该应用的需求。
不过，李毅山同时也指出，实际超级电容器的使用，除了利用其快速充电的特点，还要考虑其能量、体积、形状以及成本。随着超级电容器技术的发展，其应用领域会越来越广。“不断有来自更多领域的新客户与Maxwell 接洽，寻求超级电容器的新应用和解决方案，如：发动机启动、UPS、风场/光伏场、微电网等领域。”李毅山如是说。
作为世界电子元器件的制造商，风华高科于2014年也开始启动超级电容这一项目。“风华高科将以应用于工业电子、汽车电子、消费电子以及新能源领域的高品质超级电容器为主要产品，致力于成为超级电容器相关产品的制造商，为客户提供解决的方案。” 朱归胜表示，“当前市场应用的重点在通信和消费电子领域，同时在轨道交通、汽车启停技术等领域也得到了快速发展，未来在交通运输和可再生能源领域将会有更大的发展空间。”
毫无疑问，超级电容的应用前景十分光明，一旦新能源汽车等应用全面打开，市场将迎来快速的爆发。
相关数据显示，锂电池的能量密度在110-150wh/kg，但超级电容普遍只有10wh/kg左右。换言之，超级电容的续航里程只是相同重量锂电池的十分之一左右。由于超级电容的能量密度有限，除公交、地铁等既能搭载大量超级电容又有固定线路的交通工具外，超级电容作为乘用车的主动力源还有点力不从心。不过，二者相配合可以实现“1+1>2”的效果。李毅山指出，超级电容和电池有不同的技术特点，它们之间是互相补充的关系。“在某些场合只需要超级电容器即可，但有些场合则需要同时使用：利用它们的技术互补，即电池的高能量密度和超级电容的高功率密度，为众多行业的应用提供更为高效的解决方案。”
李毅山指出，超级电容器在功率密度、能量密度、电压和温度等方面需要不断提高，以满足客户和市场对超级电容器日益增长的技术要求。他称，这些方面也是Maxwell目前研究的重点。近两年，Maxwell提高了其单体的电压水平、能量密度和功率密度，使其产品效率更高，应用范围更广。
朱归胜称，从技术发展上看，当前超级电容器主要包括有双电层超级电容器和混合型超级电容器，随着超级电容器电极新材料，如石墨烯、氮化铌等新型超级电容器电极材料的发展，混合型超级电容器将是未来几年发展的一个重要方向。另一方面，未来超级电容器将在小微型化、薄型化和超低漏电流以及大容量、高电压、宽温度适应范围等方向发展。特别是针对一些特殊应用环境，高温特性在90℃或更高的超级电容器产品将有会有更大的应用和发展空间。
李毅山认为，随着超级电容器技术的进一步发展，其地位将会日趋重要。“这也是世界上许多一流的电力企业、汽车制造商和技术制造商的共识。Maxwell数以百万计的超级电容器销售量足以证明这一点。”李毅山说，根据市场的反馈，超级电容器是性价比很高的产品。Maxwell一贯致力于通过技术革新，在确保高质量的基础上来降低成本。此外，产量的增加也有助于生产成本的下降，这同时也会推动超级电容器行业的发展和技术的进步。
在巨大的市场前景面前，本土上市公司法拉电子、江海股份早已积极布局。据悉，法拉电子的超级电容已经研制成功，现正在和混合动力汽车制造商合作试商用超级电容储能混合动力系统；江海股份的超级电容器目前已有两条生产线量产。此外，风华高科的超级电容也已开始面向市场销售。新宙邦、深圳惠程等上市公司在超级电容方面也均有储备。
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