第一節(jié) 超級電容器產品定義及基本屬性
一、產品定義、性能
1、產品定義
超級電容器，又叫雙電層電容器、電化學電容器，黃金電容、法拉電容，通過極化電解質來儲能。
它是一種電化學元件，但在其儲能的過程并不發(fā)生化學反應，這種儲能過程是可逆的，也正因為此超級電容器可以反復充放電數十萬次。超級電容器可以被視為懸浮在電解質中的兩個無反應活性的多孔電極板，在極板上加電，正極板吸引電解質中的負離子，負極板吸引正離子，實際上形成兩個容性存儲層，被分離開的正離子在負極板附近，負離子在正極板附近。
在很小的體積下達到法拉級的電容量；無須特別的充電電路和控制放電電路；和電池相比過充、過放都不對其壽命構成負面影響；從環(huán)保的角度考慮，它是一種綠色能源；超級電容器可焊接，因而不存在像電池接觸不牢固等問題；
2、產品分類
目前國際上 研究 與發(fā)展的超級電容器可歸為以下幾類：
1）雙層電容器（Double layer capacitor）
由高表面碳電極在水溶液電解質（如硫酸等）或有機電解質溶液中形成的雙電層電容。雙電層是在電極材料（包括其空隙中）與電解質交界面兩側形成的，雙電層電容量的大小取決于雙電層上分離電荷的數量，因此電極材料和電解質對電容量的影響最大。一般都采用多孔高表面積碳作為雙層電容器電極材料，其比表面積可達1000－3000m2/g，比電容可達280F/g。
2、贗電容器（Pseudo－capacitor）
由電極表面上或者體相中的二維或準二維空間上發(fā)生活性材料的欠電位沉積，形成高度可逆的化學吸附/脫附或氧化/還原反應產生和電極充電電位有關的電容，又稱法拉第準電容；典型的贗電容器是由金屬氧化物，如氧化釕構成的，其比電容高達760F/g。但由于氧化釕太貴，現已開始采用氧化鈷、氧化鎳和二氧化錳來取代。
3）混合電容器（Hybrid capacitor）
由半個形成雙層電容的碳電極與半個導電聚合物或其他無機化合物的表面反應或電極嵌入反應電極等構成。目前在水溶液電解質體系中，已有碳/氧化鎳混合電容器產品，同時正在發(fā)展有機電解質體系的碳/碳（鋰離子嵌入反應碳材料）、碳/二氧化錳等混合電容器。
此外，若按照電容器采用的電極材料分類，則可分為碳基型、氧化物型和導電聚合物型；而按采用的電解質類型分類，則又分為水溶液電解質型和非水電解質型（主要為有機電解質型）。在有機電解質溶液中，電容器的工作電壓可提高至2.5V以上。
3、產品性能
超級電容器作為一種新型能源器件，具有以下主要優(yōu)點：
1）功率密度高
超級電容器的內阻很小，且在電極/溶液界面和電極材料本體內部均能夠實現電荷的快速貯存和釋放，因此它的輸出功率密度高達數千瓦/千克，是任何一種化學電源都無法比擬的，是一般蓄電池的數十倍。
2）充放電循環(huán)壽命長
超級電容器在充放電過程中只有離子和電荷的傳遞，沒有發(fā)生電化學反應而引起相變，因此其容量幾乎沒有衰減，循環(huán)壽命可達萬次以上，遠遠大于蓄電池的充放電循環(huán)壽命。
3）充電時間短
從目前已經做出的超級電容器充電試驗結果來看，在電流密度為7mA/cm2時（相當于一般蓄電池充電電流密度），全充電時間只要10~12分鐘，而蓄電池在這么短的時間內是無法實現全充電的。
4）特殊的功率密度和適度能量密度
對于普通蓄電池來說，如果能量密度高，其功率密度不會太高；而功率密度高，其能量密度則不會太高。但超級電容器在提供1～5kW/kg高功率密度輸出的同時，其能量密度可以達到5～20Wh/kg。若將它與蓄電池組合起來，就會組成為一個兼有高能量密度和高功率密度輸出的儲能系統(tǒng)。
5）貯存壽命長
超級電容器在充電之后的貯存過程中，雖然也存在微小的漏電電流，但這種發(fā)生在超級電容器內部的離子或質子遷移運動是在電場的作用下產生的，并沒有出現化學或電化學反應，電極材料在電解質中也是相對穩(wěn)定的，因此超級電容器的貯存壽命幾乎是無限的。
6）工作溫度范圍寬
超級電容器可在-50～+75℃的溫度條件下工作，性能優(yōu)于傳統(tǒng)電容器和蓄電池。
二、產品所屬 行業(yè) 界定
超級電容器是介于傳統(tǒng)電容器和蓄電池之間的一種新型儲能裝置，既具有電容器可以快速充放電的特點，又具有電化學電池的儲能機理。
作為一種新型儲能元件，電化學電容器的電容量可高達法拉級甚至上萬法拉，能夠實現快速充放電和大電流發(fā)電，并比蓄電池具有更高的功率密度和更長的循環(huán)使用壽命，同時可在極低溫等極端惡劣的環(huán)境中使用，并且無環(huán)境污染。
在超級電容器現有技術水平上，超級電容器應用于配電網的分布式儲能，解決電能質量問題，是具有技術和經濟優(yōu)勢的解決方案。超級電容器在提高能量密度和降低成本方面，還有很大發(fā)展空間，具有替代蓄電池，實現大容量電力儲能的潛力。
第二節(jié) 超級電容器產品應用概況
一、產品主要應用領域
超級電容器的應用范圍極為廣泛，小到存儲器的備用電源、電動玩具的電源，大到航天導彈發(fā)射的大功率啟動系統(tǒng)、電動汽車的能量功率系統(tǒng)等一切與能量功率相關的儀器設備系統(tǒng)均有超級電容器的身影。
小電流放電的雙電層電容器可用作微機等的備用電源或小型裝置如玩具、打印機、報警器、信號燈等的一次電源；安培級大電流放電雙電層電容器可單獨或與蓄電池一起構成電源系統(tǒng)，既可作為起動電源也可作為小型負載的驅動電源，如用于坦克、飛機、火箭、導彈等作為起動電源；人造衛(wèi)星、宇宙飛船空間站、潛艇水下推進，尤其是在電動車輛方面的應用越來越多。
隨著電子與能源工業(yè)的發(fā)展，超級電容器在短時UPS系統(tǒng)、太陽能電源系統(tǒng)、汽車防盜系統(tǒng)等免維護系統(tǒng)上具有不可替代的作用，在一些電磁操作機構電源、汽車音響系統(tǒng)等領域均具有非常廣泛的應用。
二、產品應用成熟度 分析
超級電容器是一種新型儲能元件，是能量儲存領域的一項革命性發(fā)展，主要有高功率脈沖和瞬時功率保持兩個方面的應用。超級電容器自面市以來，全球需求量快速擴大，已成為化學電源領域內新的產業(yè)亮點。
超級電容器在電動汽車、混合燃料汽車、特殊載重汽車、電力、鐵路、通信、國防、消費性電子產品等眾多領域有著巨大的應用價值和市場潛力，被世界各國所廣泛關注。同時超級電容器的各種優(yōu)良性能與應用領域還在不斷的被 研究 人員發(fā)掘中，超級電容器的應用成熟度逐漸提高。
第三節(jié) 超級電容器產品發(fā)展歷程
雙電層電容器是建立在雙電層理論基礎之上的，1879年Helmholz發(fā)現了電化學界面的雙電層電容性質；1957年，Becker申請了第一個由高比表面積活性炭作電極材料的電化學電容器方面的專利（提出可以將小型電化學電容器用做儲能器件）；1962年標準石油公司（SOHIO）生產了一種6V的以活性碳（AC）作為電極材料，以硫酸水溶液作為電解質的超級電容器，1969年該公司首先實現了碳材料電化學電容器的商業(yè)化；1979年NEC公司開始生產超級電容器（Super CaPACitor），開始了電化學電容器的大規(guī)模商業(yè)應用；隨著材料與工藝關鍵技術的不斷突破，產品質量和性能不斷得到穩(wěn)定和提升，到了九十年代末開始進入大容量高功率型超級電容器的全面產業(yè)化發(fā)展時期。這一產品不斷地得到市場的認知，市場的拓展也在成幾何倍數增長。
與國外相比，我國超級電容器的 研究 起步晚，始于上世紀90年代末。目前國內從事大容量超級電容器研發(fā)的廠家共有50多家，然而，能夠批量生產并達到實用化水平的廠家只有10多家。上海奧威科技開發(fā)有限公司開發(fā)的“車用超級電容器”，在技術水平上較為先進。通過與國外廠商產品對比，奧威產品與國外同類產品的電性能和物理性能較為接近，某些性能已經超過了國外同類產品?？傮w上看，該公司的產品已達到了同類產品的國際先進水平。錦州富辰公司是國內最大的超級電容器專業(yè)生產廠，主要生產紐扣型和卷繞型超級電容器。北京集星公司可生產卷繞型和大型電容器。據稱，國產超級電容器已占有中國市場60%-70%的份額。
除此之外，國內也有其他數家超級電容器供應商，如哈爾濱巨容新能源公司等等，這些公司均是近兩年成立，并在各自擅長的領域進行產品研發(fā)或產品市場推廣工作。同時，國內的江西、江蘇、河南、陜西和天津等省市也紛紛出臺相關政策，支持本省市企業(yè)積極進軍超級電容器這種新興的儲能元件市場，如中國電子元器件百強之一的江西信達電子公司也正在尋求合作伙伴，以期共同進行超級電容器的生產。
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