超級電容器研究國世界分布圖

超級電容器在新能源領域并不是一個陌生的名詞。實際上，超級電容器已在該領域歷經了幾十年的坎坷，雖然它的應用形式同電池不同，但在實際應用上卻總被電池取代，此外還面臨成本高、技術難度大的劣勢。然而，超級電容器在技術上一旦取得突破，將可對新能源產業的發展產生極大的推動力。因此，盡管研發過程困難重重，但攻克它的意義卻很重大。

超級電容器的尷尬現狀

超級電容器從誕生到現在，已經歷了三十多年的發展歷程。目前，微型超級電容器在小型機械設備上得到廣泛應用，例如電腦內存系統、照相機、音頻設備和間歇性用電的輔助設施。而大尺寸的柱狀超級電容器則多被用于汽車領域和自然能源采集上，并可預見在該兩大領域的未來市場上，超級電容器有著巨大的發展潛力。

超級電容器”全家福”

使用壽命久、環境適應力強、高充放電效率、高能量密度，這是超級電容器的四大顯著特點，這也使它成為當今世界最值得研究的課題之一。目前，超級電容器的主要研究國為中、日、韓、法、德、加、美。從制造規模和技術水平來看，亞洲暫時領先。

然而，超級電容器的研發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發因為可以獲得來自政府和大投資商的巨額資金支持，技術交流獲得極大推動，也更容易聚焦全世界的目光。相比之下，超級電容器卻很難得到雄厚的資金支持，技術的進步和發展也就受到很大程度地制約。另外，超級電容器成本高、能量密度低的現狀也與鋰電池形成鮮明對比，這使它在很多領域備受冷落。

先驅EEStor公司勇于挑戰卻慘遭敗北

盡管超級電容器已發展多年，但實際生產廠家的數量卻少得可憐。一部分廠商面對超級電容器技術上發育不完全的現狀，不敢輕易投資，采取觀望策略，期待市場能出現一個涉足此領域并獲得成功的例子。另外一部分廠商則堅信，只要超級電容器的生產成本實現大幅下降，僅以當前它的快速充放電特性，就可實現快速普及。美國超級電容器生產商EEStor就屬于后者。

上世紀90年代，美國超級電容器生產商EEStor為改變超級電容器的市場現狀，曾用好幾年的時間將大量財力物力投向如何提高超級電容能量密度的研發上，期望能通過自身技術讓超級電容器在生產和應用方面上升到一個新的臺階。

當時，EEStor爭取到了巨額的研發資金，還與電動汽車電機提供商ZENN公司達成了戰略合作。然而，多名參與此項研究的科學家最后得出了令人遺憾的結論：我們很想打破超級電容器的市場僵局，但現有技術無法實現這一目標。世界超級電容器先驅之一————EEStor，在領域內建立的里程碑式研發項目最終以失敗告終。

超級電容與電池拉平差距的機會

盡管超級電容器的制作成本每年都在以低于10%的比例減少，但這項技術依然不能在運輸行業和自然能源采集方面擴大生產規模。相比電池領域，超級電容器的技術過于落后，想要縮小兩者在研發方面的差距，首要任務應解決如下問題：

■ 增加超級電容器生產廠商數量，通過市場競爭的手段刺激相關技術的研發;

■ 擴大高比功率超級電容器的生產規模，實現突破百萬件的年生產量;

■將超級電容器當前的制造成本降低50%;

■ 擬定一個超級電容器可持續發展戰略，主要針對更高效電極材料的探索。

要達到上述目標需要廠商對超級電容器市場有一個逐年上升的投資力度，主要用于在設備的研發和生產兩方面。與此同時，政府擴大資金和技術支持也將起到至關重要的作用。

超級電容器的可預見性未來

毋庸置疑，超級電容器憑借自身使用壽命久、高充放電效率等顯著特點，只要找準自身發展的合適土壤，未來發展潛力巨大。

就未來十年的發展而言，超級電容器將是運輸行業和自然能源采集的重要組成部分，其中，用于裝配在啟停系統車輛的超級電容器，將成為其在未來的主要銷售渠道，預計在2016年的全球市場將達到2.7億美元，2020年將超過3.5億美元

2011-2016超級電容器在啟停系統汽車和能量存儲方面銷售額

在運輸行業中，新能源汽車工業已成為當今最熱門的話題之一。作為汽車領域的高新技術，新能源汽車要盡可能保持同傳統汽車相同的性能，還要減少對石油等有限資源的使用量，這是其問世的根本目標。要實現這一目標，必然需要用于儲存能量的借助輔助設施來實現，而超級電容器就是其中一個重要的組成部分。

今天，全世界各行各業都在享受自然能源發電帶來的益處。未來，自然能源應用市場巨大，其中，輔助設施必然是這一市場中的一個集市，交易金額將高達51億美元。超級電容器就是這個集市上的一類重要商品。

1. 超級電容器和節能與新能源汽車

在汽車工業中，智能啟停控制系統(輕型混合動力系統)的應用為超級電容器提供了廣闊的舞臺，充分體現出超級電容器性能上的優越性，其中在插電式混合動力汽車上的表現尤為突出。

這里，想補充說明一下汽車智能啟停控制系統的工作原理，大致如下：

1.當汽車在減速或短停車時，智能啟停控制系統可暫停發動機轉動，并將制動過程中產生的熱能轉換成電能儲存在電容器里;

2.當汽車再次前進時，電容器則將剛剛儲存起來的電能瞬間輸出給智能啟停控制系統中的電機，電機轉動傳送帶，直接帶動發動機工作;

這樣，整個啟停過程，汽車沒有油耗，既經濟又環保。其中，能夠實現快速充放電的儲能設備就是關鍵。因此，具有此特性的超級電容器成為最佳選擇，也是智能啟停控制系統最重要的組成部分。

汽車智能啟停控制系統工作原理圖

2011-2015智能啟停車輛年銷售量

然而，當前的混合動力汽車、插電式混合動力汽車以及燃料電池汽車都配備了用來儲存能量的電池，因此，超級電容技術想介入新能源汽車領域，還需要一段很長的發展過程。從目前來看，超級電容器可扮演輔助主動力電池的角色，既可起到緩沖作用，又可延長主動力電池的壽命，同時還可增強充放電效果。但是，造價高和能量密度低的劣勢讓這一輔助設備的開發無法順利進行。盡管汽車制造商們明白超級電容器在能量領域里有極高的發展潛力，但目前還無法脫離對鎳氫電池和鋰電池的依賴。

如果政府將尾氣排放列為需優先解決的問題，并提供資金支持，在一定程度上能夠推動部分廠商參與超級電容器的研發。

2. 超級電容器涉及的其他領域

在自然能源采集領域里，風力發電目前的工作流程還離不開液壓系統或電池。因為發電機的扇葉每次停下時，內部的渦輪機就會將扇葉調整到指定位置，這個過程在風力發電中被稱為變漿距控制系統，運作過程中所需的電能就是通過液壓系統或電池來提供的(限于篇幅，液壓系統相關知識不會出現在本報告中)。對于電池來說，間歇性工作強度大，再加上常年的負荷，會導致自身使用壽命大打折扣。為此，工程師們每隔幾年就會對每一個風力發電機進行一次”高空作業”，電池的維修和更換也是一筆不小的費用。大功率超級電容器利用其充放電快，循環壽命長的特點，可以代替電池勝任此工作，雖然前期投入成本高，但是相比頻繁維護和更換電池，費用還更低廉一些，同時還可降低工作強度。可就現實而言，超級電容器還沒有作為炙手可熱的輔助設備滲透進這個能量網絡。不過，未來超級電容器將被廣泛應用的事實是不容置疑的。

超級電容器在汽車之外其他方面的應用

不同種類和尺寸的超級電容器可在不同領域發揮作用。大尺寸超級電容器(125伏)可用在火車和地鐵的剎車制動系統上，亦可為物料搬運工程車提供能量輸出;由于具備可在高溫下工作的特性，中等尺寸超級電容器(75伏)可用在太陽能能量收集方面;小尺寸超級電容器(2.7伏之內)則對通訊設施的持續供電和電腦內存系統儲存后備電源等有極大貢獻。

2.5-2.7V超級電容器

用于汽車的48V超級電容器

125V大功率超級電容器

通過超級電容器在上述設備上的應用，不難看出其在能量存儲方面同電池以及其他儲能設備還是具有可比性的。因此，在”次級”市場的銷售方面，預計超級電容器2013年銷售額可以達到500萬美元，2016年則可增加到1500萬美元。

工程師們致力開發”超級電池”

電池與超級電容器各有利弊，為了集兩者的優點于一身，工程師們試圖發明兩者的混合體--”超級電池”(battery-ultracapacitor)。超級電池的主要特點為：低成本、高能量密度、高能量存儲、循環使用壽命長、環境適應能力強。而工程師們的首要任務是要攻克高能量密度這一關口，因為一旦解決了能量密度這一難題，超級電池就可替代高成本、大功率超級電容器在運輸行業和自然能源采集方面的應用。

將理想中的超級電池呈現給世人，這個過程必然是漫長的。但是，一些公司已經加入到研發這項技術的隊伍中，并且已經生產出了超級電池的雛形。雖然起步階段的超級電池循環壽命短、能量密度低，但相比超級電容器坎坷的成長經歷，超級電池的未來要明朗得多。

( 編輯/姜蒙 )

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