輕輕觸碰就能為手機(jī)充足電，等待一個(gè)紅綠燈的時(shí)間就能讓電動(dòng)車能量滿滿，這些帶有未來科技便捷感的場(chǎng)景其實(shí)離我們并不遙遠(yuǎn)，奧秘就是它們所搭載的“超級(jí)電容器”。有人預(yù)言，它將引領(lǐng)下一代電池革命。
2022年，全球超級(jí)電容器市場(chǎng)規(guī)模將突破615億美元，而在山西，超級(jí)電容器產(chǎn)業(yè)也正醞釀著巨大的發(fā)展機(jī)遇，循環(huán)壽命達(dá)100萬(wàn)次以上的最新一代石墨烯超級(jí)電容器已經(jīng)中試成功。那么，超級(jí)電容器是什么，擁有怎樣的優(yōu)勢(shì)，會(huì)給人們生活帶來何種改變？
一、超級(jí)電容器
超級(jí)電容器是一種能夠快速儲(chǔ)存和釋放電能的儲(chǔ)能裝置，具有功率密度大、充放電時(shí)間 短、使用壽命長(zhǎng)、溫度特性好、節(jié)能環(huán)保等特點(diǎn)。當(dāng)前超級(jí)電容器通常指雙電層電容器，由正極、負(fù)極、電極之間的隔膜以及電解液構(gòu)成。
二、超級(jí)電容器行業(yè)現(xiàn)狀
隨著下游應(yīng)用場(chǎng)景的不斷擴(kuò)展，對(duì)超級(jí)電容器的需求也在不斷增長(zhǎng)，根據(jù)數(shù)據(jù)顯示，2013-2020年我國(guó)超級(jí)電容器行業(yè)市場(chǎng)規(guī)模逐年增長(zhǎng)，到2020年中國(guó)超級(jí)電容器市場(chǎng)規(guī)模增長(zhǎng)至155億元，同比上升13.97%。
未來隨著新能源汽車、軌道交通、電力系統(tǒng)等領(lǐng)域的需求推動(dòng)，我國(guó)超級(jí)電容器行業(yè)將繼續(xù)保持高速增長(zhǎng)。目前超級(jí)電容器在新能源客車、軌道交通、智能儀表、電網(wǎng)設(shè)備、UPS、港口重型機(jī)械、國(guó)防軍工等領(lǐng)域存在廣泛應(yīng)用。
三、超級(jí)電容器的優(yōu)勢(shì)
1、能量加倍 安全性高
超級(jí)電容器可更快速充放電且擁有更長(zhǎng)壽命
在上海，一輛電動(dòng)公交車停站間隙只要一分鐘便能充滿電，續(xù)航里程可達(dá)10到15公里。在廣州，一輛有軌電車在乘客上下車間隙，就已自動(dòng)完成充電，用時(shí)不到30秒，還能回收制動(dòng)能量，確保車輛全程不間斷運(yùn)行。讓這些場(chǎng)景變成現(xiàn)實(shí)的奧秘，就是它們搭載的超級(jí)電容器。
中科院山西煤化所的中試車間內(nèi)，年產(chǎn)300萬(wàn)法拉的超級(jí)電容器正在生產(chǎn)。細(xì)節(jié)決定成敗，制漿是第一道生產(chǎn)工序，從配比到加料順序再到混料時(shí)間，每一個(gè)環(huán)節(jié)的微小誤差，都可能造成整批產(chǎn)品不達(dá)標(biāo)。15道工藝流程，上百個(gè)關(guān)鍵控制參數(shù)，每一個(gè)技術(shù)員都練就了“眼睛就是尺”的絕技。經(jīng)過漿料制備、極片成型、卷繞封裝、性能測(cè)試等工序，不同規(guī)格的超級(jí)電容器如期下線。
“從材料、器件到工藝流程都是我們自主研發(fā)設(shè)計(jì)的，這批貨馬上要發(fā)給電網(wǎng)企業(yè)掛機(jī)測(cè)試，目前年產(chǎn)百萬(wàn)法拉的中試線已經(jīng)不能滿足客戶的需求了?！敝锌圃荷轿髅夯毖芯繂T蘇方遠(yuǎn)介紹。
中國(guó)超級(jí)電容產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟副理事長(zhǎng)、中科院山西煤化所研究員陳成猛認(rèn)為：“超級(jí)電容器典型的特點(diǎn)是具有更高功率密度，這決定了它可以更快速充放電，僅需幾十秒至一分鐘。它的循環(huán)壽命也很長(zhǎng)，例如把它裝在新能源汽車上，10年后這個(gè)車報(bào)廢了，但超級(jí)電容器拆下來，裝在其他新能源汽車上還能使用?！?br/>
2、性能優(yōu)越 規(guī)模應(yīng)用
超級(jí)電容器產(chǎn)業(yè)發(fā)展受到高度重視
據(jù)了解，超級(jí)電容器和普通電池之間存在互補(bǔ)關(guān)系：能量密度方面，普通電池更勝一籌，而超級(jí)電容器是短板；在功率密度方面，普通電池有不足之處，但超級(jí)電容器從循環(huán)壽命、安全性、耐候性來看是長(zhǎng)處。
所以在很多應(yīng)用場(chǎng)景下，普通電池和超級(jí)電容器會(huì)被組成混合模組，比如說電動(dòng)汽車需要加速，或者在下坡的時(shí)候，自動(dòng)能量回收由超級(jí)電容器來工作，當(dāng)在平穩(wěn)區(qū)域續(xù)航狀態(tài)下的時(shí)候，用普通電池作為驅(qū)動(dòng)的電源，它們之間可以良好匹配。
目前，世界上許多國(guó)家都在積極開展超級(jí)電容器相關(guān)的研究開發(fā)工作，隨著我國(guó)對(duì)新能源產(chǎn)業(yè)政策扶持力度的加大，超級(jí)電容器產(chǎn)業(yè)的發(fā)展近年來也受到了高度重視。
值得關(guān)注的是，中國(guó)生產(chǎn)廠商技術(shù)的完善和規(guī)?；?yīng)逐漸體現(xiàn)，讓越來越多國(guó)產(chǎn)超級(jí)電容器走向規(guī)?；瘧?yīng)用。陳成猛認(rèn)為：“中國(guó)是一個(gè)比較大的市場(chǎng)，應(yīng)用的需求牽引力比較強(qiáng)，在這種帶動(dòng)下，國(guó)內(nèi)涌現(xiàn)出的一系列超級(jí)電容器骨干企業(yè)，逐步從二線轉(zhuǎn)入一線，目前中國(guó)應(yīng)該是和國(guó)際處于并跑狀態(tài)，相信未來我們有能力可以逐步實(shí)現(xiàn)領(lǐng)跑?！?br/>
3、協(xié)同創(chuàng)新 技術(shù)突破
促進(jìn)超級(jí)電容器產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展
“超級(jí)電容器里電極材料90%以上都是碳材料，在碳材料領(lǐng)域的研究方面，山西煤化所很有權(quán)威，而且目前已經(jīng)具備了產(chǎn)業(yè)化能力，我們希望通過材料器件協(xié)同創(chuàng)新，能夠突破超級(jí)電容器的關(guān)鍵技術(shù)，促進(jìn)整個(gè)產(chǎn)業(yè)的高質(zhì)量發(fā)展?！蓖跽癖f出研究超級(jí)電容器的優(yōu)勢(shì)所在。
料要成材，材要成器，器要好用。中科院山西煤化所的超級(jí)電容器項(xiàng)目，就是沿著這樣的路徑走過來的，從料到材再到器，石墨烯基超級(jí)電容器不僅實(shí)現(xiàn)了好用，而且已經(jīng)在電網(wǎng)企業(yè)掛機(jī)測(cè)試。
超級(jí)電容器具有長(zhǎng)壽命、免維護(hù)、大電流輸出能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，更換超級(jí)電容器后的配電自動(dòng)化終端維護(hù)成本低，電網(wǎng)自愈可靠性更高。
陳成猛認(rèn)為：“從整個(gè)全產(chǎn)業(yè)鏈角度，要構(gòu)建一個(gè)閉環(huán)的生態(tài)。中科院山西煤化所和美錦能源合作開發(fā)的生物制劑電容炭，已經(jīng)在清徐落地轉(zhuǎn)化了，依托這個(gè)自主可控的材料，下一步再把超級(jí)電容器規(guī)?；a(chǎn)，能夠在山西落地，進(jìn)一步延鏈、補(bǔ)鏈、強(qiáng)鏈。這樣，我們有了核心材料、超級(jí)電容器和核心用戶，在一個(gè)好的生態(tài)內(nèi)，就可以實(shí)現(xiàn)良性、健康、高質(zhì)量發(fā)展。”
四、世界上首款使用 “ 超級(jí)電容器 ” 的混動(dòng)跑車：蘭博基尼 Sián
蘭博基尼前不久發(fā)售了一輛電混動(dòng)汽車名叫 Sián，該車搭載了最新的“超級(jí)電容器”技術(shù)。蘭博基尼的新能源汽車，不是純電車，而是一輛混動(dòng)車，一輛裝著 6.5 升 V12 發(fā)動(dòng)機(jī)的混動(dòng)跑車，名叫 Sián。Sián 來自博洛尼亞語(yǔ)，這個(gè)詞的意思是：一道閃電。
最大功率能達(dá)到 819 匹馬力，最高時(shí)速超過 350 公里每小時(shí)，0 百加速只需 2.8 秒。這輛主要?jiǎng)恿€是燒油的混動(dòng)車，2.8 的零百加速，跟馬斯克嘴里天天喊但是依然還沒量產(chǎn)的動(dòng)力上千匹的 Roadster 就差 0.7 秒，成功躋身兩秒俱樂部。
蘭博基尼是世界上第一輛使用 “ 超級(jí)電容器 ” 的混動(dòng)跑車，同樣是 6.5升的 V12(參數(shù)|圖片) ，法拉利 812(參數(shù)|圖片) GTS 的零百加速要 3 秒。之所以蘭博基尼能達(dá)到這個(gè)速度，很大的原因就是因?yàn)镾upercapacitor 超級(jí)電容器。
車輛制動(dòng)時(shí)，就會(huì)為超級(jí)電容器快速儲(chǔ)能，你一腳油門踩下去，超級(jí)電容器會(huì)把剎車時(shí)儲(chǔ)存的能量瞬間釋放，快速提升電機(jī)扭矩。這樣在起步的時(shí)候就能做到一個(gè)秒加速的作用，也不浪費(fèi)制動(dòng)時(shí)的時(shí)間。
五、超級(jí)電容器行業(yè)發(fā)展趨勢(shì)
1、薄膜電容將逐漸取代鋁電解電容
以風(fēng)力發(fā)電、太陽(yáng)能發(fā)電、電動(dòng)汽車為代表的新能源市場(chǎng)日益繁榮，極大地拉動(dòng)了電容器的市場(chǎng)需求。薄膜電容在新能源領(lǐng)域的應(yīng)用開發(fā)使得行業(yè)迎來新的產(chǎn)業(yè)機(jī)遇。隨著薄膜電容技術(shù)的不斷發(fā)展，其耐高電壓、濾波能力強(qiáng)、壽命長(zhǎng)、使用溫度范圍寬、能在惡劣的環(huán)境下工作等優(yōu)點(diǎn)特別適合在新能源領(lǐng)域的應(yīng)用，因而越來越受到新能源行業(yè)的關(guān)注。
薄膜電容在風(fēng)力發(fā)電、太陽(yáng)能發(fā)電領(lǐng)域的應(yīng)用主要在電力設(shè)備變頻、電流變換、電源控制、功率矯正等方面。以前基本上都是使用鋁電解電容為主，但薄膜電容在這個(gè)領(lǐng)域的優(yōu)勢(shì)越來越明顯。
隨著薄膜電容價(jià)格的下降，在風(fēng)能、光伏發(fā)電領(lǐng)域，薄膜電容取代鋁電解電容將是未來的發(fā)展趨勢(shì)。同時(shí)，變頻技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域不斷推廣，通訊設(shè)備更新?lián)Q代周期縮短，多重利好因素作用下，高端電容器市場(chǎng)迅速發(fā)展。
2、可在解決電動(dòng)汽車充電問題上發(fā)揮重要作用
隨著汽車技術(shù)的發(fā)展及環(huán)保政策趨嚴(yán)，新能源汽車得到迅速發(fā)展，市場(chǎng)需求量不斷擴(kuò)大。但電動(dòng)汽車實(shí)際應(yīng)用的充電問題一直得不到解決，仍然存在充電樁數(shù)量不足、布局不合理、維護(hù)不到位、老舊小區(qū)建樁難等問題?，F(xiàn)階段公眾在選擇純電動(dòng)汽車和傳統(tǒng)能源汽車產(chǎn)品消費(fèi)時(shí)，充電的便捷程度（包括充電樁分布位置和充電所需時(shí)間）是重點(diǎn)關(guān)注方向。
由于充電設(shè)施前期投入較大，充電設(shè)施企業(yè)運(yùn)營(yíng)盈利差，市場(chǎng)化的參與單位參與意愿低，使得充電設(shè)施配套少。其次電動(dòng)車平均每次充電需要一到三個(gè)小時(shí)，且電池需要做專門的定期維護(hù)，使用3-5年后還需更換新電池，更新費(fèi)用較高，這些條件嚴(yán)重制約了電動(dòng)汽車的實(shí)際推廣和應(yīng)用。
超級(jí)電容器可在解決電動(dòng)汽車充電問題上發(fā)揮重要作用，超級(jí)電容器具備功率密度大，充放電速度快，瞬間輸出功率大的優(yōu)勢(shì)，不僅可在汽車啟動(dòng)的時(shí)候?yàn)槠囂峁┓逯惦娏?，為瞬間大負(fù)荷的工作提供充足的能源保障，而且也可以達(dá)到降低燃油成本、降低排放、提高汽車性能的效果。
因此，將超級(jí)電容器是一種理想的電動(dòng)汽車儲(chǔ)能設(shè)備。如再將普通的儲(chǔ)能電池和超級(jí)電容器組合成混合儲(chǔ)能單元，結(jié)合兩者優(yōu)勢(shì)，必將大大提升超級(jí)電容器在電動(dòng)汽車的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)。
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