鉅大LARGE | 點(diǎn)擊量：2064次 | 2018年08月01日
超級電容的發(fā)展前景，超級電容電池應(yīng)用前景分析
超級電容器在新能源領(lǐng)域并不是一個(gè)陌生的名詞。實(shí)際上，超級電容器已在該領(lǐng)域歷經(jīng)了幾十年的坎坷，雖然它的應(yīng)用形式同電池不同，但在實(shí)際應(yīng)用上卻總被電池取代，此外還面臨成本高、技術(shù)難度大的劣勢。然而，超級電容器在技術(shù)上一旦取得突破，將可對新能源產(chǎn)業(yè)的發(fā)展產(chǎn)生極大的推動力。因此，盡管研發(fā)過程困難重重，但攻克它的意義卻很重大。
超級電容器的尷尬現(xiàn)狀
超級電容器從誕生到現(xiàn)在，已經(jīng)歷了三十多年的發(fā)展歷程。目前，微型超級電容器在小型機(jī)械設(shè)備上得到廣泛應(yīng)用，例如電腦內(nèi)存系統(tǒng)、照相機(jī)、音頻設(shè)備和間歇性用電的輔助設(shè)施。而大尺寸的柱狀超級電容器則多被用于汽車領(lǐng)域和自然能源采集上，并可預(yù)見在該兩大領(lǐng)域的未來市場上，超級電容器有著巨大的發(fā)展?jié)摿Α?/p>
使用壽命久、環(huán)境適應(yīng)力強(qiáng)、高充放電效率、高能量密度，這是超級電容器的四大顯著特點(diǎn)，這也使它成為當(dāng)今世界最值得研究的課題之一。目前，超級電容器的主要研究國為中、日、韓、法、德、加、美。從制造規(guī)模和技術(shù)水平來看，亞洲暫時(shí)領(lǐng)先。
然而，超級電容器的研發(fā)工作一直籠罩在電池（主要為鎳氫電池、鋰電池）的陰影之下。鎳氫電池和鋰電池的開發(fā)因?yàn)榭梢垣@得來自政府和大投資商的巨額資金支持，技術(shù)交流獲得極大推動，也更容易聚焦全世界的目光。相比之下，超級電容器卻很難得到雄厚的資金支持，技術(shù)的進(jìn)步和發(fā)展也就受到很大程度地制約。這使它在很多領(lǐng)域備受冷落。
符合Exic IIB T4 Gc防爆標(biāo)準(zhǔn)
充電溫度：0~45℃
-放電溫度：-40~+55℃
-40℃最大放電倍率：1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
超級電容與電池拉平差距的機(jī)會
盡管超級電容器的制作成本每年都在以低于10%的比例減少，但這項(xiàng)技術(shù)依然不能在運(yùn)輸行業(yè)和自然能源采集方面擴(kuò)大生產(chǎn)規(guī)模。相比電池領(lǐng)域，超級電容器的技術(shù)過于落后，想要縮小兩者在研發(fā)方面的差距，首要任務(wù)應(yīng)解決如下問題：
■增加超級電容器生產(chǎn)廠商數(shù)量，通過市場競爭的手段刺激相關(guān)技術(shù)的研發(fā);
■擴(kuò)大高比功率超級電容器的生產(chǎn)規(guī)模，實(shí)現(xiàn)突破百萬件的年生產(chǎn)量;
■將超級電容器當(dāng)前的制造成本降低50%;
IP67防水，充放電分口 安全可靠
標(biāo)稱電壓：28.8V
標(biāo)稱容量：34.3Ah
電池尺寸：(92.75±0.5)* (211±0.3)* (281±0.3)mm
應(yīng)用領(lǐng)域：勘探測繪、無人設(shè)備
■擬定一個(gè)超級電容器可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略，主要針對更高效電極材料的探索。
要達(dá)到上述目標(biāo)需要廠商對超級電容器市場有一個(gè)逐年上升的投資力度，主要用于在設(shè)備的研發(fā)和生產(chǎn)兩方面。與此同時(shí)，政府?dāng)U大資金和技術(shù)支持也將起到至關(guān)重要的作用。
超級電容電池應(yīng)用前景分析
超級電容的應(yīng)用前景分析
超級電容是一種極好的電池！今后，儲能密度還可以再提高10-100倍！
目前，普通電池的儲能密度是0.02千瓦時(shí)/kg，而超級電容則可以達(dá)到10或者20千瓦時(shí)/kg，是普通鉛蓄電池的500-1000倍！未來還可以進(jìn)一步提高！而且充放電的速度極快，只需要幾秒鐘即可！
以前，一塊鉛蓄電池50公斤，也只能存儲一度電，而且用久了就壞了，充放電時(shí)間特別長。
現(xiàn)在，一塊超級電容電池，如果還是50公斤，則可以儲存500-1000度電，足可以供一般的小汽車跑5000公里了！即使是公交車，也可以跑將近2000公里了！如果按按現(xiàn)在汽車的標(biāo)配，加一次油跑600公里計(jì)算，每100公里按標(biāo)準(zhǔn)電耗15度計(jì)算，能夠儲存100度電就可以了，那么就只需要5-10公斤的超級電容電池就可以了！那么，這樣一來，車子就已經(jīng)可以很好地使用了！
未來，將進(jìn)一步發(fā)明石墨烯超級電容電池，容量將進(jìn)一步擴(kuò)大十倍！那今后就更好了！
總之，從現(xiàn)在的技術(shù)來看，已經(jīng)可以具有商業(yè)化電動汽車的開發(fā)價(jià)值了！預(yù)計(jì)一臺汽車上安裝可持續(xù)跑600公里的超級電池，只需要成本1-2萬元左右，充電將更加簡單快速，幾秒鐘即可完成，無污染，幾乎可以終身使用而無需中途更換。今后還將更好，完全可以使用起來！而且，還有一個(gè)優(yōu)點(diǎn)，可以利用剎車的能量發(fā)電轉(zhuǎn)換成電能儲存起來，利用風(fēng)能和太陽能發(fā)電儲存起來，那將更加節(jié)能，而且剎車液更加安全可靠。
總之，未來電動汽車必將橫空出世，自己完全可以利用這種技術(shù)去發(fā)展自己的產(chǎn)業(yè)，為中國贏得世界一席之地！
既然電池技術(shù)已經(jīng)攻克，那么就應(yīng)該進(jìn)一步去完善，去制造，最終向用戶兜售自己的電動汽車！那么，就可以做成一個(gè)十分巨大的電動汽車產(chǎn)業(yè)，為中國獲得綠色環(huán)保發(fā)展！可以徹底消滅城市汽車尾氣污染，可以為中國減少數(shù)億噸的汽油柴油消耗，減少對中東石油的依賴！為中國經(jīng)濟(jì)發(fā)展帶來騰飛的翅膀！
應(yīng)該繼續(xù)關(guān)注這種技術(shù)，這種產(chǎn)業(yè)，適時(shí)切入！還有，就是石墨烯產(chǎn)業(yè)，信息化改造產(chǎn)業(yè)，新型計(jì)算機(jī)產(chǎn)業(yè)，智能化軟件產(chǎn)業(yè)，現(xiàn)代農(nóng)業(yè)，鈦合金產(chǎn)業(yè)，傳統(tǒng)工業(yè)的升級改造和技術(shù)更新等等，這些將是中國未來發(fā)展的根本！
超級電容器的可預(yù)見性未來
毋庸置疑，超級電容器憑借自身使用壽命久、高充放電效率等顯著特點(diǎn)，只要找準(zhǔn)自身發(fā)展的合適土壤，未來發(fā)展?jié)摿薮蟆?/p>
就未來十年的發(fā)展而言，超級電容器將是運(yùn)輸行業(yè)和自然能源采集的重要組成部分，其中，用于裝配在啟停系統(tǒng)車輛的超級電容器，將成為其在未來的主要銷售渠道，預(yù)計(jì)在2016年的全球市場將達(dá)到2.7億美元，2020年將超過3.5億美元。
超級電容在電動車中應(yīng)用研究及發(fā)展趨勢分析
超級電容一蓄電池復(fù)合電源系統(tǒng)綜合了超級電容和蓄電池的優(yōu)點(diǎn)，不僅可以改善電動車的瞬時(shí)功率特性，而且可以避免蓄電池大電流放電，延長蓄電池的使用壽命，增加電動車的續(xù)駛里程，因此將是超級電容應(yīng)用于電動車領(lǐng)域的重要發(fā)展方向，并具有廣闊的市場前景。
由于環(huán)境污染和石油危機(jī)的雙重壓力，電動車已經(jīng)逐漸成為人們生活中一種重要的綠色交通工具。電源是電動車的能量源泉，但目前電池技術(shù)還不能完全滿足電動車的要求。
超級電容是一種介于電池和靜電電容器之間的儲能元件，具有比靜電電容器高得多的能量密度和比電池高得多的功率密度，不僅適合于作短時(shí)間的功率輸出源，而且還可利用它比功率高、比能量大、一次儲能多等優(yōu)點(diǎn)，在電動車啟動、加速和爬坡時(shí)有效地改善運(yùn)動特性。此外，超級電容還具有內(nèi)阻小，充放電效率高（90％以上）、循環(huán)壽命長（幾萬至十萬次）、無污染等獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，和其他能量元件（發(fā)動機(jī)、蓄電池、燃料電池等）組成聯(lián)合體共同工作，是實(shí)現(xiàn)能量回收利用、降低污染的有效途徑，可以大大提高電動車一次充電的續(xù)駛里程。因此，超級電容在電動車領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景，將是未來電動車發(fā)展的重要方向之一。
目前，日本、美國、瑞士、俄羅斯等國家都在加緊超級電容的開發(fā)，并研究超級電容在電動車驅(qū)動和制動系統(tǒng)中的應(yīng)用，而我國超級電容的生產(chǎn)和應(yīng)用還處于起步階段。
超級電容電池應(yīng)用前景分析
1、超級電容的機(jī)理與特點(diǎn)
超級電容（Ultracapacitor）是近期發(fā)展起來的一種新型儲能元件，是一種具有超級儲電能力、可提供強(qiáng)大脈動功率的物理二次電源，它與常規(guī)電容器不同，其容量可達(dá)數(shù)萬法。超級電容按儲能機(jī)理主要分為三類：①由碳電極和電解液界面上電荷分離產(chǎn)生的雙電層電容；②采用金屬氧化物作為電極，在電極表面和體相發(fā)生氧化還原反應(yīng)而產(chǎn)生可逆化學(xué)吸附的法拉第電容；③由導(dǎo)電聚合物作為電極而發(fā)生氧化還原反應(yīng)的電容。
由于雙電層電容的充放電純屬于物理過程，其循環(huán)次數(shù)高，充電過程快，因此比較適合在電動車中應(yīng)用。雙電層超級電容是靠極化電解液來儲存電能的一種新型儲能裝置，其原理結(jié)構(gòu)如圖l所示。當(dāng)向電極充電時(shí)，處于理想化電極狀態(tài)的電極表面電荷將吸引周圍電解質(zhì)溶液中的異性離子，使這些離子附于電極表面形成雙電荷層，構(gòu)成雙電層電容。由于超級電容與傳統(tǒng)電容相比，儲存電荷的面積大得多，電荷被隔離的距離小得多，因此一個(gè)超級電容單元的電容量就高達(dá)幾法至數(shù)萬法。由于采用了特殊的工藝，超級電容的等效電阻很低，電容量大且內(nèi)阻小。使得超級電容可以有很高的尖峰電流，因此具有很高的比功率，高達(dá)蓄電池的50～100倍，可達(dá)到10kW／kg左右，這個(gè)特點(diǎn)使超級電容非常適合于短時(shí)大功率的應(yīng)用場合。
超級電容具有極其優(yōu)良的充、放電性能，在額定電壓范圍內(nèi)，可以以極快的速度充電至任一電壓值，放電時(shí)則可以放出所存儲的全部電能，而且沒有蓄電池快速充電和放電的損壞問題。此外，超級電容還具有不污染環(huán)境及機(jī)械強(qiáng)度高、安全性好（防火、防爆）、使用過程中免維護(hù)、使用壽命長（大于10年）和工作溫度范圍寬（一30℃～45℃）等優(yōu)點(diǎn)，并且在瞬間高電壓和短路大電流情況下有緩沖功能，能量系統(tǒng)較為穩(wěn)定。超級電容與鉛酸電池和普通電容的性能對比見表1。
2、應(yīng)用研究現(xiàn)狀
超級電容電池應(yīng)用前景分析
國內(nèi)外的應(yīng)用研究進(jìn)展
由于超級電容的優(yōu)越性能和近年來對超級電容開發(fā)能力的提高，因此超級電容在工業(yè)領(lǐng)域中得到了廣泛應(yīng)用。目前，世界各國爭相研究、并越來越多地將其應(yīng)用到電動車上。超級電容已經(jīng)成為電動車電源發(fā)展的新趨勢，而超級電容與蓄電池組成的復(fù)合電源系統(tǒng)被認(rèn)為是解決未來電動車動力問題的最佳途徑之一。
日本的情況
日本本是將超級電容應(yīng)用于混合動力電動汽車的先驅(qū)，超級電容是近年來日本電動車動力系統(tǒng)開發(fā)中的重要領(lǐng)域之一。本田的FCX燃料電池一超級電容混合動力車是世界上最早實(shí)現(xiàn)商品化的燃料電池轎車，該車已于2002年在日本和美國的加州上市。日產(chǎn)公司于2002年6月24日生產(chǎn)了安裝有柴油機(jī)、電動機(jī)和超級電容的并聯(lián)混合動力卡車，此外還推出了天然氣一超級電容混合動力客車，該車的經(jīng)濟(jì)性是原來傳統(tǒng)天然氣汽車的2.4倍。目前，裝備超級電容的混合動力電動公交車已經(jīng)成為日本的國家攻關(guān)項(xiàng)目。
歐美的狀況
瑞士的PSI研究所給一輛48kW的燃料電池車安裝了儲能360Wh的超級電容組，超級電容承擔(dān)了驅(qū)動系統(tǒng)在減速和起動時(shí)的全部瞬態(tài)功率，以50kW的15s額定脈沖功率來協(xié)助燃料電池工作，牽引電機(jī)額定連續(xù)功率為45kW，峰值功率為75kW，采用360V的直流電源。大眾Bora實(shí)驗(yàn)車進(jìn)行的燃油消耗測試結(jié)果表明其油耗少于7L／100km，而相同質(zhì)量的BMW7系列油耗則為10.7L／100km。1996年俄羅斯的Eltran公司研制出以超級電容作電源的電動汽車，采用300個(gè)電容串聯(lián)，充電一次可行駛12km，時(shí)速為25km／h。美國在超級電容混合動力汽車方面的研究也取得了一定進(jìn)展，Maxwell公司所開發(fā)的超級電容器在各種類型電動汽車上都得到了良好的應(yīng)用。美國NASALewis研究中心研制的混合動力客車采用超級電容作為主要的能量存儲系統(tǒng)。
中國的現(xiàn)狀
目前，國內(nèi)對以超級電容作為惟一能源的電動汽車的研究取得了一定的進(jìn)展，2004年7月我國首部“電容蓄能變頻驅(qū)動式無軌電車”在上海張江投入試運(yùn)行，該公交車?yán)贸夒娙荼裙β蚀蠛凸步煌ǘc(diǎn)停車的特點(diǎn)，當(dāng)電車?？空緯r(shí)在30s內(nèi)快速充電，充電后就可持續(xù)提供電能，時(shí)速可達(dá)44km／h。2005年1月上海交通大學(xué)與山東煙臺市簽署協(xié)議，共同投資開發(fā)超級電容公交電車，計(jì)劃在煙臺福山區(qū)建一條12km的示范線，在福山高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)區(qū)建立年產(chǎn)1萬輛新型環(huán)保超級電容公交車的生產(chǎn)基地。哈爾濱工業(yè)大學(xué)和巨容集團(tuán)研制的超級電容電動公交車，可容納50名乘客，最高速度20km／h。但是，國內(nèi)目前對超級電容一蓄電池復(fù)合電源電動車的設(shè)計(jì)及控制，基本上還處于起步階段。
電動車中應(yīng)用超級電容的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)
純超級電容電動車
直接以超級電容作為電動車的惟一能源，此方法結(jié)構(gòu)簡單、實(shí)用、成本低，而且實(shí)現(xiàn)了零排放，因此比較適合用于短距離、線路固定的區(qū)域，例如火車站或者飛機(jī)場的牽引車、學(xué)校和幼兒園的送餐車、公園的瀏覽車和電動公交車等。
復(fù)合電源電動車
超級電容與蓄電池、燃料電池等配合可以組成復(fù)合電源系統(tǒng)，但燃料電池因?yàn)槌杀据^高，現(xiàn)在還不能得到實(shí)際應(yīng)用。因此，國內(nèi)外對超級電容一蓄電池復(fù)合電源系統(tǒng)的研究更多，其拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)概括如圖2所示。圖2a結(jié)構(gòu)最簡單，但由于沒有DC／DC變換器，蓄電池和超級電容將具有相同的電壓，以致超級電容僅在蓄電池電壓發(fā)生快速變化時(shí)輸出和接收功率，從而減弱了超級電容的負(fù)載均衡作用。圖2b與圖2c都采用了雙向OC／OC變換器，圖2b中雙向DC／DC跟蹤檢測蓄電池的端電壓，以調(diào)控超級電容的端電壓使兩者匹配工作。由于蓄電池端電壓的變化比超級電容的端電壓平緩，因此對于DC／DC，圖2b比圖2c易于控制。圖2d理論上雖然具有更高的靈活性，但對DC／DC的控制策略要求非常精確復(fù)雜且不易維護(hù)。
