超级电容器产品概述

第一节 超级电容器产品定义及基本属性

一、产品定义、性能

1、产品定义

超级电容器，又叫双电层电容器、电化学电容器，黄金电容、法拉电容，通过极化电解质来储能。

它是一种电化学元件，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。超级电容器可以被视为悬浮在电解质中的两个无反应活性的多孔电极板，在极板上加电，正极板吸引电解质中的负离子，负极板吸引正离子，实际上形成两个容性存储层，被分离开的正离子在负极板附近，负离子在正极板附近。

在很小的体积下达到法拉级的电容量；无须特别的充电电路和控制放电电路；和电池相比过充、过放都不对其寿命构成负面影响；从环保的角度考虑，它是一种绿色能源；超级电容器可焊接，因而不存在像电池接触不牢固等问题；

2、产品分类

目前国际上 研究 与发展的超级电容器可归为以下几类：

1）双层电容器（Double layer capacitor）

由高表面碳电极在水溶液电解质（如硫酸等）或有机电解质溶液中形成的双电层电容。双电层是在电极材料（包括其空隙中）与电解质交界面两侧形成的，双电层电容量的大小取决于双电层上分离电荷的数量，因此电极材料和电解质对电容量的影响最大。一般都采用多孔高表面积碳作为双层电容器电极材料，其比表面积可达1000－3000m2/g，比电容可达280F/g。

2、赝电容器（Pseudo－capacitor）

由电极表面上或者体相中的二维或准二维空间上发生活性材料的欠电位沉积，形成高度可逆的化学吸附/脱附或氧化/还原反应产生和电极充电电位有关的电容，又称法拉第准电容；典型的赝电容器是由金属氧化物，如氧化钌构成的，其比电容高达760F/g。但由于氧化钌太贵，现已开始采用氧化钴、氧化镍和二氧化锰来取代。

3）混合电容器（Hybrid capacitor）

由半个形成双层电容的碳电极与半个导电聚合物或其他无机化合物的表面反应或电极嵌入反应电极等构成。目前在水溶液电解质体系中，已有碳/氧化镍混合电容器产品，同时正在发展有机电解质体系的碳/碳（锂离子嵌入反应碳材料）、碳/二氧化锰等混合电容器。

此外，若按照电容器采用的电极材料分类，则可分为碳基型、氧化物型和导电聚合物型；而按采用的电解质类型分类，则又分为水溶液电解质型和非水电解质型（主要为有机电解质型）。在有机电解质溶液中，电容器的工作电压可提高至2.5V以上。

3、产品性能

超级电容器作为一种新型能源器件，具有以下主要优点：

1）功率密度高

超级电容器的内阻很小，且在电极/溶液界面和电极材料本体内部均能够实现电荷的快速贮存和释放，因此它的输出功率密度高达数千瓦/千克，是任何一种化学电源都无法比拟的，是一般蓄电池的数十倍。

2）充放电循环寿命长

超级电容器在充放电过程中只有离子和电荷的传递，没有发生电化学反应而引起相变，因此其容量几乎没有衰减，循环寿命可达万次以上，远远大于蓄电池的充放电循环寿命。

3）充电时间短

从目前已经做出的超级电容器充电试验结果来看，在电流密度为7mA/cm2时（相当于一般蓄电池充电电流密度），全充电时间只要10~12分钟，而蓄电池在这么短的时间内是无法实现全充电的。

4）特殊的功率密度和适度能量密度

对于普通蓄电池来说，如果能量密度高，其功率密度不会太高；而功率密度高，其能量密度则不会太高。但超级电容器在提供1～5kW/kg高功率密度输出的同时，其能量密度可以达到5～20Wh/kg。若将它与蓄电池组合起来，就会组成为一个兼有高能量密度和高功率密度输出的储能系统。

5）贮存寿命长

超级电容器在充电之后的贮存过程中，虽然也存在微小的漏电电流，但这种发生在超级电容器内部的离子或质子迁移运动是在电场的作用下产生的，并没有出现化学或电化学反应，电极材料在电解质中也是相对稳定的，因此超级电容器的贮存寿命几乎是无限的。

6）工作温度范围宽

超级电容器可在-50～+75℃的温度条件下工作，性能优于传统电容器和蓄电池。

二、产品所属 行业 界定

超级电容器是介于传统电容器和蓄电池之间的一种新型储能装置，既具有电容器可以快速充放电的特点，又具有电化学电池的储能机理。

作为一种新型储能元件，电化学电容器的电容量可高达法拉级甚至上万法拉，能够实现快速充放电和大电流发电，并比蓄电池具有更高的功率密度和更长的循环使用寿命，同时可在极低温等极端恶劣的环境中使用，并且无环境污染。

在超级电容器现有技术水平上，超级电容器应用于配电网的分布式储能，解决电能质量问题，是具有技术和经济优势的解决方案。超级电容器在提高能量密度和降低成本方面，还有很大发展空间，具有替代蓄电池，实现大容量电力储能的潜力。

第二节 超级电容器产品应用概况

一、产品主要应用领域

超级电容器的应用范围极为广泛，小到存储器的备用电源、电动玩具的电源，大到航天导弹发射的大功率启动系统、电动汽车的能量功率系统等一切与能量功率相关的仪器设备系统均有超级电容器的身影。

小电流放电的双电层电容器可用作微机等的备用电源或小型装置如玩具、打印机、报警器、信号灯等的一次电源；安培级大电流放电双电层电容器可单独或与蓄电池一起构成电源系统，既可作为起动电源也可作为小型负载的驱动电源，如用于坦克、飞机、火箭、导弹等作为起动电源；人造卫星、宇宙飞船空间站、潜艇水下推进，尤其是在电动车辆方面的应用越来越多。

随着电子与能源工业的发展，超级电容器在短时UPS系统、太阳能电源系统、汽车防盗系统等免维护系统上具有不可替代的作用，在一些电磁操作机构电源、汽车音响系统等领域均具有非常广泛的应用。

二、产品应用成熟度 分析

超级电容器是一种新型储能元件，是能量储存领域的一项革命性发展，主要有高功率脉冲和瞬时功率保持两个方面的应用。超级电容器自面市以来，全球需求量快速扩大，已成为化学电源领域内新的产业亮点。

超级电容器在电动汽车、混合燃料汽车、特殊载重汽车、电力、铁路、通信、国防、消费性电子产品等众多领域有着巨大的应用价值和市场潜力，被世界各国所广泛关注。同时超级电容器的各种优良性能与应用领域还在不断的被 研究 人员发掘中，超级电容器的应用成熟度逐渐提高。

第三节 超级电容器产品发展历程

双电层电容器是建立在双电层理论基础之上的，1879年Helmholz发现了电化学界面的双电层电容性质；1957年，Becker申请了第一个由高比表面积活性炭作电极材料的电化学电容器方面的专利（提出可以将小型电化学电容器用做储能器件）；1962年标准石油公司（SOHIO）生产了一种6V的以活性碳（AC）作为电极材料，以硫酸水溶液作为电解质的超级电容器，1969年该公司首先实现了碳材料电化学电容器的商业化；1979年NEC公司开始生产超级电容器（Super CaPACitor），开始了电化学电容器的大规模商业应用；随着材料与工艺关键技术的不断突破，产品质量和性能不断得到稳定和提升，到了九十年代末开始进入大容量高功率型超级电容器的全面产业化发展时期。这一产品不断地得到市场的认知，市场的拓展也在成几何倍数增长。

与国外相比，我国超级电容器的 研究 起步晚，始于上世纪90年代末。目前国内从事大容量超级电容器研发的厂家共有50多家，然而，能够批量生产并达到实用化水平的厂家只有10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。通过与国外厂商产品对比，奥威产品与国外同类产品的电性能和物理性能较为接近，某些性能已经超过了国外同类产品。总体上看，该公司的产品已达到了同类产品的国际先进水平。锦州富辰公司是国内最大的超级电容器专业生产厂，主要生产纽扣型和卷绕型超级电容器。北京集星公司可生产卷绕型和大型电容器。据称，国产超级电容器已占有中国市场60%-70%的份额。

除此之外，国内也有其他数家超级电容器供应商，如哈尔滨巨容新能源公司等等，这些公司均是近两年成立，并在各自擅长的领域进行产品研发或产品市场推广工作。同时，国内的江西、江苏、河南、陕西和天津等省市也纷纷出台相关政策，支持本省市企业积极进军超级电容器这种新兴的储能元件市场，如中国电子元器件百强之一的江西信达电子公司也正在寻求合作伙伴，以期共同进行超级电容器的生产。

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