“近幾年的快速發(fā)展，更進(jìn)一步證明超級電容器不僅是一種可行的，甚至是更理想的設計選擇，在越來(lái)越多的行業(yè)得以廣泛應用，其前景十分廣闊。” Maxwell應用工程部高級應用工程師李毅山博士如是說(shuō)。
雙電層電容是各大企業(yè)主攻方向
據儲能機理的不同，超級電容可以分為雙電層電容(Electrical Double-Layer Capacitor，EDLC)和法拉第準電容兩類(lèi)。目前EDLC市場(chǎng)上常見(jiàn)的類(lèi)型以扣式、筒狀型以及層壓式結構為主。
村田（中國）投資有限公司產(chǎn)品工程師吳海華稱(chēng)，普通的扣式或筒狀型超級電容由于漏電流大，ESR高，厚度高等缺點(diǎn)，不適于應用于具有大電流放電需求，或使用電池的便攜式類(lèi)設備中。通常這類(lèi)超級電容的封裝性差，在耐濕性,耐高溫可靠性方面都不盡人意。而層壓式EDLC擁有超低ESR的最適設計，高可靠性的封裝，高速地充放電特性以及使用溫度范圍廣等特點(diǎn)，成為目前高端市場(chǎng)發(fā)展的趨勢。村田專(zhuān)注于層壓式EDLC的研發(fā)。
作為全球超級電容領(lǐng)域的先行者和領(lǐng)導者，Maxwell專(zhuān)注于超級電容器的研發(fā)和生產(chǎn)已有20 年的時(shí)間。據李毅山博士介紹，Maxwell的超級電容器為雙電層電容，單體容值為1-3400F，圓柱卷繞型。“目前Maxwell應用最多的是3000F的大容量單體。” 李毅山稱(chēng)Maxwell的核心優(yōu)勢在于全球獨有的干電極技術(shù)，其生產(chǎn)的單體性能更穩定，壽命更長(cháng)，可靠性更高，且更環(huán)保。此外，Maxwell最新的DuraBlue抗振動(dòng)和沖擊技術(shù)保證了其產(chǎn)品能夠滿(mǎn)足各個(gè)應用領(lǐng)域的最嚴酷的振動(dòng)和沖擊環(huán)境。
Maxwell應用工程部高級應用工程師 李毅山博士
從結構看，超級電容器主要由電極、電解質(zhì)、隔膜、端板、引線(xiàn)和封裝材料組成，眾所周知，電極材料是超級電容器的關(guān)鍵所在，它決定著(zhù)電容器的主要性能指標，如能量密度、功率密度和循環(huán)穩定性等。李毅山告訴記者，Maxwell超級電容器的電極采用的是活性炭原料，“電極材料的選取除了要考慮對超級電容器性能的影響，還需考慮市場(chǎng)對其成本的接受度。”
目前，超級電容器的生產(chǎn)廠(chǎng)商依然以日、美、韓三國領(lǐng)先，中國起步相對較晚。廣東風(fēng)華高新科技股份有限公司（以下簡(jiǎn)稱(chēng)“風(fēng)華高科”）超級電容項目技術(shù)總監朱歸勝指出，當前，國內超級電容器企業(yè)與國際性企業(yè)的技術(shù)差距主要體現在關(guān)鍵原材料和極片制造技術(shù)上，但近些年國內本土企業(yè)通過(guò)不懈的努力，在超級電容器制造水平上有了很大的提高，在某些領(lǐng)域也達到了國際先進(jìn)水平。朱歸勝認為，對于我國超級電容器產(chǎn)業(yè)，未來(lái)加強超級電容器新型電極材料的研發(fā)，并降低生產(chǎn)成本，提高超級電容器的品質(zhì)和積極發(fā)展模組應用技術(shù)將是我國超級電容器企業(yè)追趕甚至是超越國際巨頭的必經(jīng)之路。
應用前景廣闊 新能源等領(lǐng)域潛力大
和電池相比，由于能量密度較小，考慮到成本和空間的影響，超級電容雖然在一些應用中仍是擔當輔助的角色不能完全替代電池，但對于眾多受電池限制的產(chǎn)品設計中，超級電容可以說(shuō)是硬件工程師的一個(gè)福音。
“超級電容可作為停電時(shí)的備用電源，或在峰值功率輸出時(shí)提供電力，亦可在便攜式類(lèi)設備中輔助電池延長(cháng)電池壽命。”吳海華稱(chēng)，除了最常見(jiàn)的在停電時(shí)作為備用電源用于企業(yè)級SSD、服務(wù)器等需要斷電數據備份的設備中，小型化高可靠性的層壓式EDLC在以下領(lǐng)域中也擁有廣闊的應用前景：
村田（中國）投資有限公司產(chǎn)品工程師 吳海華
一是，應用于瞬間需要大電流放電的設備中，進(jìn)行峰值輸出輔助, 如LED閃光燈設備，馬達驅動(dòng)設備等。雖然電池具有較高的能量密度，但由于功率密度有限，頻繁的大電流放電會(huì )嚴重影響電池的使用壽命。村田的EDLC具有較高的功率密度，不僅可以實(shí)現10A以上的大電流放電，其超低的ESR幾乎可以忽略放電瞬間的電壓降影響。即便是在低溫的情況下，內阻也不會(huì )像電池大幅上升。
二是，具有WiFi或GPRS等無(wú)線(xiàn)通信功能的使用電池的設備中，EDLC可用于輔助通信時(shí)的大功率從而延長(cháng)電池壽命。 這類(lèi)設備通常對于漏電流和小型化的封裝都有較高的要求。村田EDLC在業(yè)界首屈一指的超低漏電流，最薄3.2mm的緊湊型封裝都是這類(lèi)設備的最佳選擇。比如近來(lái)備受關(guān)注的穿戴式醫療設備, 智能三表行業(yè)等也大有用武之地。
三是，新能源領(lǐng)域的能量采集設備。典型的應用就是在光伏發(fā)電或者具有太陽(yáng)能充電功能的設備。在日間利用從太陽(yáng)光的光能轉化成的電能為EDLC充電，必要時(shí)刻釋放預先存好的電量，靈活的充放電有助于取代電池或者有效降低電池維護成本。此類(lèi)應用中，由于設備長(cháng)期處于陽(yáng)光直曬的地方，所以對于元器件高溫保證具有較高的要求。而村田EDLC則能保證在到-40 ℃～+85℃之間正常工作，即便在持續70度的高溫下也能保證5年的產(chǎn)品壽命（干涸壽命）。
據李毅山介紹，目前Maxwell的主要應用領(lǐng)域是混合動(dòng)力公交車(chē)，風(fēng)力發(fā)電機，軌道交通和小汽車(chē)。“不同應用領(lǐng)域對功率、能量、電壓、振動(dòng)、溫度等的要求不同，要根據實(shí)際要求選擇不同的產(chǎn)品。” 李毅山稱(chēng)，以公交車(chē)為例，除了對頻繁充放的大電流能力要求高，其對抗振動(dòng)的要求也很苛刻，因此Maxwell開(kāi)發(fā)了業(yè)界領(lǐng)先的Durablue高抗振動(dòng)和沖擊技術(shù)以滿(mǎn)足該應用的需求。
不過(guò)，李毅山同時(shí)也指出，實(shí)際超級電容器的使用，除了利用其快速充電的特點(diǎn)，還要考慮其能量、體積、形狀以及成本。隨著(zhù)超級電容器技術(shù)的發(fā)展，其應用領(lǐng)域會(huì )越來(lái)越廣。“不斷有來(lái)自更多領(lǐng)域的新客戶(hù)與Maxwell 接洽，尋求超級電容器的新應用和解決方案，如：發(fā)動(dòng)機啟動(dòng)、UPS、風(fēng)場(chǎng)/光伏場(chǎng)、微電網(wǎng)等領(lǐng)域。”李毅山如是說(shuō)。
作為世界電子元器件的專(zhuān)業(yè)制造商，風(fēng)華高科于2014年也開(kāi)始啟動(dòng)超級電容這一項目。“風(fēng)華高科將以應用于工業(yè)電子、汽車(chē)電子、消費電子以及新能源領(lǐng)域的高品質(zhì)超級電容器為主要產(chǎn)品，致力于成為超級電容器相關(guān)產(chǎn)品的專(zhuān)業(yè)制造商，為客戶(hù)提供專(zhuān)業(yè)解決的方案。” 朱歸勝表示，“當前市場(chǎng)應用的重點(diǎn)在通信和消費電子領(lǐng)域，同時(shí)在軌道交通、汽車(chē)啟停技術(shù)等領(lǐng)域也得到了快速發(fā)展，未來(lái)在交通運輸和可再生能源領(lǐng)域將會(huì )有更大的發(fā)展空間。”
毫無(wú)疑問(wèn)，超級電容的應用前景十分光明，一旦新能源汽車(chē)等應用全面打開(kāi)，市場(chǎng)將迎來(lái)快速的爆發(fā)。
大容量、高功率、高電壓等是發(fā)展方向
相關(guān)數據顯示，鋰電池的能量密度在110-150wh/kg，但超級電容普遍只有10wh/kg左右。換言之，超級電容的續航里程只是相同重量鋰電池的十分之一左右。由于超級電容的能量密度有限，除公交、地鐵等既能搭載大量超級電容又有固定線(xiàn)路的交通工具外，超級電容作為乘用車(chē)的主動(dòng)力源還有點(diǎn)力不從心。不過(guò)，二者相配合可以實(shí)現“1+1>2”的效果。李毅山指出，超級電容和電池有不同的技術(shù)特點(diǎn)，它們之間是互相補充的關(guān)系。“在某些場(chǎng)合只需要超級電容器即可，但有些場(chǎng)合則需要同時(shí)使用：利用它們的技術(shù)互補，即電池的高能量密度和超級電容的高功率密度，為眾多行業(yè)的應用提供更為高效的解決方案。”
李毅山指出，超級電容器在功率密度、能量密度、電壓和溫度等方面需要不斷提高，以滿(mǎn)足客戶(hù)和市場(chǎng)對超級電容器日益增長(cháng)的技術(shù)要求。他稱(chēng)，這些方面也是Maxwell目前研究的重點(diǎn)。近兩年，Maxwell提高了其單體的電壓水平、能量密度和功率密度，使其產(chǎn)品效率更高，應用范圍更廣。
朱歸勝稱(chēng)，從技術(shù)發(fā)展上看，當前超級電容器主要包括有雙電層超級電容器和混合型超級電容器，隨著(zhù)超級電容器電極新材料，如石墨烯、氮化鈮等新型超級電容器電極材料的發(fā)展，混合型超級電容器將是未來(lái)幾年發(fā)展的一個(gè)重要方向。另一方面，未來(lái)超級電容器將在小微型化、薄型化和超低漏電流以及大容量、高電壓、寬溫度適應范圍等方向發(fā)展。特別是針對一些特殊應用環(huán)境，高溫特性在90℃或更高的超級電容器產(chǎn)品將有會(huì )有更大的應用和發(fā)展空間。
李毅山認為，隨著(zhù)超級電容器技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，其地位將會(huì )日趨重要。“這也是世界上許多一流的電力企業(yè)、汽車(chē)制造商和技術(shù)制造商的共識。Maxwell全球數以百萬(wàn)計的超級電容器銷(xiāo)售量足以證明這一點(diǎn)。”李毅山說(shuō)，根據市場(chǎng)的反饋，超級電容器是性?xún)r(jià)比很高的產(chǎn)品。Maxwell一貫致力于通過(guò)技術(shù)革新，在確保高質(zhì)量的基礎上來(lái)降低成本。此外，產(chǎn)量的增加也有助于生產(chǎn)成本的下降，這同時(shí)也會(huì )推動(dòng)超級電容器行業(yè)的發(fā)展和技術(shù)的進(jìn)步。
在巨大的市場(chǎng)前景面前，本土上市公司法拉電子、江海股份早已積極布局。據悉，法拉電子的超級電容已經(jīng)研制成功，現正在和混合動(dòng)力汽車(chē)制造商合作試商用超級電容儲能混合動(dòng)力系統；江海股份的超級電容器目前已有兩條生產(chǎn)線(xiàn)量產(chǎn)。此外，風(fēng)華高科的超級電容也已開(kāi)始面向市場(chǎng)銷(xiāo)售。新宙邦、深圳惠程等上市公司在超級電容方面也均有儲備。
