“超級(jí)電容”將成為推薦目錄中繼動(dòng)力電池之后又一重要?jiǎng)恿ο到y(tǒng)，2017年1-4批推薦目錄中已有6家企業(yè)13款客車(chē)搭載了超級(jí)電容，其中不乏鄭州宇通、中通客車(chē)、廈門(mén)金旅等領(lǐng)頭羊，而超級(jí)電容和新能源汽車(chē)究竟有什么關(guān)系呢？

什么是超級(jí)電容器

超級(jí)電容器結(jié)構(gòu)圖

超級(jí)電容器（Supercapacitors，ultracapacitor），是從上世紀(jì)七、八十年代發(fā)展起來(lái)的通過(guò)極化電解質(zhì)來(lái)儲(chǔ)能的一種電化學(xué)元件。它不同于傳統(tǒng)的化學(xué)電源，是一種介于傳統(tǒng)電容器與電池之間、具有特殊性能的電源，主要依靠雙電層和氧化還原贗電容電荷儲(chǔ)存電能。但在其儲(chǔ)能的過(guò)程并不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，這種儲(chǔ)能過(guò)程是可逆的，也正因?yàn)榇顺?jí)電容器可以反復(fù)充放電數(shù)十萬(wàn)次。其基本原理和其它種類(lèi)的雙電層電容器一樣，都是利用活性炭多孔電極和電解質(zhì)組成的雙電層結(jié)構(gòu)獲得超大的容量。

突出優(yōu)點(diǎn)是功率密度高、充放電時(shí)間短、循環(huán)壽命長(zhǎng)、工作溫度范圍寬，是世界上已投入量產(chǎn)的雙電層電容器中容量最大的一種。

于新能源客車(chē)的應(yīng)用

新能源客車(chē)是公共交通工具的主體，在新能源客車(chē)領(lǐng)域，超級(jí)電容器最為廣泛的應(yīng)用于城市混合動(dòng)力客車(chē)制動(dòng)能量回收系統(tǒng)。由超級(jí)電容器模塊組成的制動(dòng)能量回收系統(tǒng)能夠吸收并存儲(chǔ)車(chē)輛在制動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的全部動(dòng)能，當(dāng)客車(chē)啟動(dòng)或加速時(shí)將這些能量釋放出來(lái)，從而使車(chē)輛節(jié)省油耗，減少排放。

國(guó)家863計(jì)劃“節(jié)能與新能源汽車(chē)”重大項(xiàng)目監(jiān)理咨詢專(zhuān)家組組長(zhǎng)王秉剛表示，超級(jí)電容器的功率密度較大，具有快充快放特性，作為混合動(dòng)力客車(chē)的一種技術(shù)路線，超級(jí)電容器非常適合城市公交車(chē)的示范運(yùn)行。

從整個(gè)技術(shù)體系發(fā)展來(lái)說(shuō)，儲(chǔ)能器件存在能量密度和功率密度兩方特性的博弈，通常能量密度特性好，功率密度特性就差些。常規(guī)鋰電池能量好，功率差，適合長(zhǎng)時(shí)間的輸出；而超級(jí)電容功率好，適合短時(shí)間高功率的輸出。

此外，超級(jí)電容應(yīng)用溫度范圍廣，以數(shù)碼設(shè)備為例，人們?cè)跂|北地區(qū)-10℃以下的露天環(huán)境，發(fā)現(xiàn)手機(jī)很快就沒(méi)有電了，這是由電池的溫度特性決定，但是超級(jí)電容的耐低溫性能非常好。

2016年初，國(guó)家在三元鋰電應(yīng)用到公共交通工具時(shí)，就特別明確了安全問(wèn)題。從電化學(xué)體系來(lái)講，超級(jí)電容產(chǎn)品內(nèi)部沒(méi)有活潑的金屬離子，熱透性好，無(wú)論是從熱失控還是穿刺、燃燒方面的安全性能都相對(duì)比較高，在公共交通領(lǐng)域比較適合。

值得關(guān)注的是，超級(jí)電容的壽命長(zhǎng)，家用汽車(chē)電池的壽命普遍在兩三年左右，超級(jí)電容則不存在這個(gè)問(wèn)題，甚至超過(guò)汽車(chē)的壽命。據(jù)了解，宇通客車(chē)首批在2009年采用超級(jí)電容體系的新能源公交車(chē)將于2016年底完成了8年的營(yíng)運(yùn)使命。

尷尬中求發(fā)展

超級(jí)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(kāi)發(fā)因?yàn)榭梢垣@得來(lái)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(dòng)，也更容易聚焦全世界的目光。相比之下，超級(jí)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。另外，超級(jí)電容器成本高、能量密度低的現(xiàn)狀也與鋰電池形成鮮明對(duì)比，這使它在很多領(lǐng)域備受冷落，在實(shí)際應(yīng)用上卻總被電池取代。然而，超級(jí)電容器在技術(shù)上一旦取得突破，將可對(duì)新能源產(chǎn)業(yè)的發(fā)展產(chǎn)生極大的推動(dòng)力。

同時(shí)值得慶幸的是，2016年12月份由我國(guó)超級(jí)電容領(lǐng)域50多家單位聯(lián)合發(fā)起的“中國(guó)超級(jí)電容產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟”正式成立。據(jù)了解，中國(guó)超級(jí)電容產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟將在主管部門(mén)支持下，為所有致力于超級(jí)電容和相關(guān)電源的政府部門(mén)、企業(yè)、高校、科研單位提供一個(gè)共同議事，共同發(fā)展的平臺(tái)，勢(shì)必推動(dòng)我國(guó)超級(jí)電容產(chǎn)業(yè)發(fā)展。

超級(jí)電容器優(yōu)缺點(diǎn)

優(yōu)點(diǎn)：（1）充電速度快，充電10秒～10分鐘可達(dá)到其額定容量的95%以上；

（2）循環(huán)使用壽命長(zhǎng)，深度充放電循環(huán)使用次數(shù)可達(dá)1~50萬(wàn)次，沒(méi)有“記憶效應(yīng)”；

（3）大電流放電能力超強(qiáng)，能量轉(zhuǎn)換效率高，過(guò)程損失小，大電流能量循環(huán)效率≥90%；

（4）功率密度高，可達(dá)300W/KG~5000W/KG，相當(dāng)于電池的5~10倍；

（5）產(chǎn)品原材料構(gòu)成、生產(chǎn)、使用、儲(chǔ)存以及拆解過(guò)程均沒(méi)有污染，是理想的綠色環(huán)保電源；

（6）充放電線路簡(jiǎn)單，無(wú)需充電電池那樣的充電電路，安全系數(shù)高，長(zhǎng)期使用免維護(hù)；

（7）超低溫特性好，溫度范圍寬-40℃～+70℃；

（8）檢測(cè)方便，剩余電量可直接讀出；

（9）容量范圍通常0.1F–1000F。

缺點(diǎn)：（1）如果使用不當(dāng)會(huì)造成電解質(zhì)泄漏等現(xiàn)象；

（2）和鋁電解電容器相比，它內(nèi)阻較大，因而不可以用于交流電路；

發(fā)展與機(jī)遇

目前，國(guó)內(nèi)超級(jí)電容生產(chǎn)企業(yè)集中度較高。一部分廠商面對(duì)超級(jí)電容器技術(shù)上發(fā)育不完全的現(xiàn)狀，不敢輕易投資，采取觀望策略，期待市場(chǎng)能出現(xiàn)一個(gè)涉足此領(lǐng)域并獲得成功的例子。另外一部分廠商則堅(jiān)信，只要超級(jí)電容器的生產(chǎn)成本實(shí)現(xiàn)大幅下降，僅以當(dāng)前它的快速充放電特性，就可實(shí)現(xiàn)快速普及。

在汽車(chē)工業(yè)中，隨著碳排放的嚴(yán)格控制，碳積分政策的迅速推進(jìn)，智能啟?？刂葡到y(tǒng)的應(yīng)用為超級(jí)電容器提供了廣闊的舞臺(tái)，在插電式混合動(dòng)力汽車(chē)上的表現(xiàn)尤為突出。

由于電動(dòng)汽車(chē)頻繁啟動(dòng)和停車(chē)，使得蓄電池的放電過(guò)程變化很大。在正常行駛時(shí)，電動(dòng)汽車(chē)從蓄電池中汲取的平均功率相當(dāng)?shù)?，而加速和爬坡時(shí)的峰值又相當(dāng)高。在現(xiàn)有的電動(dòng)汽車(chē)電池技術(shù)條件下，蓄電池必須在比能量和比功率以及比功率和循環(huán)壽命之間做出平衡，而難以在一套能源系統(tǒng)上同時(shí)追求高比能量、高比功率和長(zhǎng)壽命。為了解決電動(dòng)汽車(chē)?yán)m(xù)駛里程與加速爬坡性能之間的矛盾，可以考慮采用兩套能源系統(tǒng)，其中由主能源提高最佳的續(xù)駛里程，而由輔助能源在加速和爬坡時(shí)提供短時(shí)的輔助動(dòng)力。輔助能源系統(tǒng)的能量可以直接取自主能源，也可以在電動(dòng)汽車(chē)剎車(chē)或下坡時(shí)回收可再生的動(dòng)能，選用超級(jí)電容做輔助能。短期內(nèi)，超級(jí)電容極低的比能量使其不可能被單獨(dú)用作電動(dòng)汽車(chē)能源系統(tǒng)，但用做輔助能量源具有顯著優(yōu)點(diǎn)。在電動(dòng)汽車(chē)上使用的最佳組合為電池-超級(jí)電容混合能量系統(tǒng)，對(duì)電池的比能量和比功率要求分開(kāi)。超級(jí)電容具有負(fù)載均衡作用，電池的放電電流減少使用電池的可利用能量、使用壽命得到顯著提高；與電池相比，超級(jí)電容可以迅速高效地吸收電動(dòng)汽車(chē)制動(dòng)產(chǎn)生的再生動(dòng)能。超級(jí)電容的早和均衡和能量回收作用使車(chē)輛的續(xù)駛里程得到極大的提高。但系統(tǒng)要對(duì)電池、超級(jí)電容、電動(dòng)機(jī)和功率逆變器等做綜合控制和優(yōu)化匹配，功率變換器及其控制器的設(shè)計(jì)應(yīng)用充分考慮電動(dòng)機(jī)和超級(jí)電容之間的匹配。

從目前各廠商的產(chǎn)品來(lái)看，超級(jí)電容器企業(yè)在轉(zhuǎn)型發(fā)展的風(fēng)口浪尖，雖然在風(fēng)電方面有無(wú)法取代的地位，但在新能源行業(yè)卻缺少企業(yè)支撐，而未來(lái)隨著市場(chǎng)的不斷細(xì)分，行業(yè)技術(shù)的不斷成熟，各車(chē)企在面臨雙積分和排放量的壓力下，超級(jí)電容器的應(yīng)用將會(huì)迎來(lái)市場(chǎng)的新爆發(fā)點(diǎn)。