鎳碳超級(jí)電容器

高能鎳碳超級(jí)電容”概念人民網(wǎng)天津2011年9月1日電(記者陳杰)今天從天津市政府召開的發(fā)布會(huì)獲悉，新型動(dòng)力電源高能鎳碳超級(jí)電容器在津研制成功。這一產(chǎn)品結(jié)合鎳氫電池能量密度和電容器功率密度，循環(huán)壽命達(dá)到5萬次以上，搭載該電容器的智能搬運(yùn)車實(shí)際充放電次數(shù)已達(dá)1萬次以上，使用溫度可達(dá)零下40攝氏度至零上70攝氏度，對(duì)環(huán)境不產(chǎn)生污染，經(jīng)專家鑒定，技術(shù)達(dá)到國(guó)際先進(jìn)、國(guó)內(nèi)領(lǐng)先水平。2010年，天津市政府引進(jìn)中國(guó)工程院院士周國(guó)泰領(lǐng)銜的科研團(tuán)隊(duì)，開發(fā)新型動(dòng)力電源產(chǎn)品，在解放軍軍事交通學(xué)院建成超級(jí)電容實(shí)驗(yàn)室，經(jīng)過刻苦攻關(guān)，在已有基礎(chǔ)上，取得了純電動(dòng)車動(dòng)力電源領(lǐng)域的重大突破?！镏車?guó)泰院士及團(tuán)隊(duì)采取綜合性能平衡設(shè)計(jì)思路，提出了一種“內(nèi)并式”超級(jí)電容器結(jié)構(gòu)方案，將活性碳材料引入鎳氫電池負(fù)極，使超級(jí)電容器與鎳氫電池結(jié)合為一體”，開發(fā)出高能鎳碳超級(jí)電容器并已完成中試。為探索高能鎳碳超級(jí)電容器產(chǎn)品在新能源汽車上的適應(yīng)性，天津市組織了整車搭載測(cè)試，周國(guó)泰院士團(tuán)隊(duì)與南車集團(tuán)合作開發(fā)了高能鎳碳超級(jí)電容純電動(dòng)大客車，與天津一汽夏利公司和天津松正電動(dòng)汽車公司合作開發(fā)了高能鎳碳超級(jí)電容轎車，同時(shí)還在純電動(dòng)中巴車、電動(dòng)自行車、便攜式紅光輻照儀上配裝試用。下一步，天津市將致力于高能鎳碳超級(jí)電容器產(chǎn)品的產(chǎn)業(yè)化，首期達(dá)到年產(chǎn)1000萬只30億安時(shí)的產(chǎn)能，還將率先在公交系統(tǒng)逐步推廣高能鎳碳超級(jí)電容車輛。天津市科委主任趙海山說，高能鎳碳超級(jí)電容器研制成功，使我國(guó)有望在動(dòng)力電源和新能源汽車等戰(zhàn)略高技術(shù)領(lǐng)域的國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)中取得競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。超級(jí)電容的容量比通常的電容器大得多。由于其容量很大，對(duì)外表現(xiàn)和電池相同，因此也有稱作“電容電池”。超級(jí)電容屬于雙電層電容器，它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，其基本原理和其它種類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。超級(jí)電容的特點(diǎn)：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；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)1~50萬次，沒有“記憶效應(yīng)”；大電流放電能力超強(qiáng)，能量轉(zhuǎn)換效率高，過程損失小，大電流能量循環(huán)效率＞90%；功率密度高，可達(dá)300W/KG~5000W/KG,相當(dāng)于電池的5~10倍；產(chǎn)品原材料構(gòu)成、生產(chǎn)、使用、儲(chǔ)存以及拆解過程均沒有污染，是理想的綠色環(huán)保電源；充放電線路簡(jiǎn)單，無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°C?+70°C；（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。法拉（farad）,簡(jiǎn)稱"法”，符號(hào)是F1法拉是電容存儲(chǔ)1庫侖電量時(shí)，兩極板間電勢(shì)差是1伏特1F=1C/1V1庫侖是1A電流在1s內(nèi)輸運(yùn)的電量，即1C=1A?S。1庫侖=1安培?秒1法拉=1安培?秒/伏特做一下類比：電瓶（蓄電池）12伏14安時(shí)的放電量=14*3600/12=4200法拉（F）地球的電容值僅有1-2F左右超級(jí)電容與電池比較，有如下特性：超低串聯(lián)等效電阻（LOWESR），功率密度（PowerDensity）是鋰離子電池的數(shù)十倍以上，適合大電流放電，（一枚4.7F電容能釋放瞬間電流18A以上）。超長(zhǎng)壽命，充放電大于50萬次，是Li-Ion電池的500倍，是Ni-MH和Ni-Cd電池的1000倍，如果對(duì)超級(jí)電容每天充放電20次，連續(xù)使用可達(dá)68年?？梢源箅娏鞒潆?，充放電時(shí)間短，對(duì)充電電路要求簡(jiǎn)單，無記憶效應(yīng)。免維護(hù)，可密封。溫度范圍寬-40C?+70C,—般電池是-20C?60C。有專家說，目前，幾乎所有的人都認(rèn)為電動(dòng)汽車是未來的發(fā)展趨勢(shì)，但種種跡象表明，電動(dòng)汽車離我們還是比較遙遠(yuǎn)。但電動(dòng)自行車風(fēng)靡全國(guó)，每天提幾公斤的電池上下樓，在居民小區(qū)并不鮮見。電動(dòng)汽車怎么辦？為此，有學(xué)者發(fā)表文章，對(duì)電動(dòng)汽車提出種種擔(dān)憂和質(zhì)疑。有說電動(dòng)汽車在電池上不成熟的，有說原子電池、聚合物電池、燃料電池、鋰離子電池等任何電池都不環(huán)保的，各種議論不絕于耳。有各種質(zhì)疑和擔(dān)心，也屬正常。科技創(chuàng)新，正是在質(zhì)疑中前行、在爭(zhēng)論中創(chuàng)新的。說著，周國(guó)泰從沙發(fā)上站起來：“在發(fā)展電動(dòng)汽車的過程中，有各種擔(dān)心，是可以理解的。電池的問題卡住了電動(dòng)汽車的脖子，這也是事實(shí)?！彼庵种割^，就說公交車吧，一輛公交車，走100公里，若用油30升，按8元1升算，要240元；而用電，走100公里。用電70度，每度電平均按6毛錢算，是42元錢。還是用電省吧。因此，發(fā)展電動(dòng)車，不應(yīng)動(dòng)搖！還以鋰離子電池為例，與超級(jí)電容器比，鋰離子電池成本7萬元，充電2000次，每充電1次按行駛100公里算，20萬公里就要更換電池；超級(jí)電容器，也按充電1次行駛100公里算，可充電5萬次，甚至可達(dá)10萬次、50萬次，超級(jí)電容器的價(jià)格不高于鋰離子電池。超級(jí)電容器回收后，對(duì)材料再激活處理后還可以使用。計(jì)算一下，綜合成本有多低！這樣，老百姓是不是就能用得起了？超級(jí)電容器的生產(chǎn)是環(huán)保的，你可以到淄博年產(chǎn)100萬只的生產(chǎn)基地去看，生產(chǎn)車間，只有一個(gè)地漏，那是用來打掃衛(wèi)生沖水用的，整個(gè)生產(chǎn)過程，不產(chǎn)生廢水、廢氣，沒有污染排放。還用擔(dān)心環(huán)保問題嗎？

一、超級(jí)電容器研制成功，中國(guó)又一項(xiàng)重大科研突破（轉(zhuǎn)）?。≈袊?guó)帶來了新的希望。據(jù)解放軍報(bào)報(bào)道：記者今天在天津市政府舉行的產(chǎn)品發(fā)布會(huì)上獲悉，我國(guó)高能鎳碳超級(jí)電容器在津研制成功，取得了我國(guó)純電動(dòng)車動(dòng)力電源研究的重大突破。這種新型結(jié)構(gòu)的高能鎳碳超級(jí)電容器是在天津市重大項(xiàng)目科技支撐計(jì)劃的支持下，由中國(guó)工程院周國(guó)泰院士領(lǐng)銜的科研團(tuán)隊(duì)歷時(shí)3年刻苦攻關(guān)成功開發(fā)的。經(jīng)檢測(cè)試用顯示，超級(jí)電容器具有能量密度大、功率密度高、充放電效率高、高低溫性能好、循環(huán)壽命長(zhǎng)、安全環(huán)保、性價(jià)比高等諸多特點(diǎn)，有效解決了國(guó)內(nèi)電動(dòng)汽車電源技術(shù)瓶頸問題。推廣使用后，將大大緩解由汽車尾氣造成的城市大氣污染，降低綜合運(yùn)營(yíng)成本。周國(guó)泰院士介紹說，以一輛公交車為例，采用超級(jí)電容器后，每年就可節(jié)約運(yùn)營(yíng)費(fèi)用約13.5萬元。這個(gè)項(xiàng)目的研發(fā)成功，將推動(dòng)我國(guó)超級(jí)電容器產(chǎn)業(yè)發(fā)展，對(duì)搶占世界新能源汽車科技制高點(diǎn)、緩解能源緊張有重要作用。高能鎳碳超級(jí)電容器，成為一種用在電動(dòng)車上的全新電源，周國(guó)泰說：“實(shí)現(xiàn)了幾個(gè)突破?！敝車?guó)泰介紹，咼能鎳碳超級(jí)電容器：第一，在加大材料的比表面積上實(shí)現(xiàn)突破。傳統(tǒng)電容，100年前就發(fā)明了，電容是靠比表面積存儲(chǔ)電荷，其優(yōu)點(diǎn)是可無數(shù)次充放電，而且不發(fā)熱。儲(chǔ)電量的大小由其內(nèi)部比表面積大小而決定。超級(jí)電容器，就是在研發(fā)出新材料的基礎(chǔ)上，盡可能地?cái)U(kuò)大比表面積，使儲(chǔ)電量大幅增加；第二，超級(jí)電容在正負(fù)極的材料結(jié)構(gòu)上獲突破。電池的優(yōu)點(diǎn)是儲(chǔ)電量大，由電能轉(zhuǎn)化成化學(xué)能，再轉(zhuǎn)化成電能釋放出來，其比功率比傳統(tǒng)電容高得多。超級(jí)電容在結(jié)構(gòu)上實(shí)現(xiàn)了電池和傳統(tǒng)電容的內(nèi)并，實(shí)現(xiàn)了電池和電容的優(yōu)點(diǎn)兼?zhèn)?。鋰離子電池，不是業(yè)界推崇的電源嗎？周國(guó)泰說：“技術(shù)還不過關(guān)！”他將這種電池與超級(jí)電容器作了比較。第一，鋰離子電池存在安全隱患。鋰離子、有機(jī)電解質(zhì)，其本身有易燃、易爆性，杭州、上海曾發(fā)生的電動(dòng)汽車自燃事件，今天談起來還讓人后怕。超級(jí)電容器，充滿電后用射釘槍打，

使其短路，任何反應(yīng)都沒有；放火上燒，不銹鋼外殼快燒紅了，也沒發(fā)生爆炸。鋰離子電池,一旦發(fā)生短路，就會(huì)燃燒或者爆炸。第二，鋰離子電池，基本是300A電流充電，時(shí)間長(zhǎng)，一次充電要6—8小時(shí)，使用不方便。超級(jí)電容器，可1500A，甚至3000A大電流充電，單塊充滿電只要幾秒鐘，上百塊串聯(lián)在-起充電，6分鐘可達(dá)90%以上。第三，鋰離子電池壽命短。充放電的標(biāo)準(zhǔn)是2000次，目前很少有能達(dá)到的，即使達(dá)到了，性價(jià)比不實(shí)用。超級(jí)電容器，可大電流充電，瞬間大電流放電，效果理想，充放電可達(dá)5萬一50萬次，而充放電的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)是5萬次。就說在淄博那次試驗(yàn)，公交車裝上超級(jí)電容器充電后，乘坐滿員，上了高速路，時(shí)速120公里，一次充電跑了210公里。使用超級(jí)電容器的小轎車，瞬間可大提速，時(shí)速可達(dá)130公里?！爸茉菏空f的是事實(shí)！”原海軍后勤部技術(shù)裝備研究所研究員陳同柱講起了周國(guó)泰。周院士是一位軍人科學(xué)家。多年來，他創(chuàng)建了我們國(guó)家的軍事科研的新模式和新路子。他作為領(lǐng)軍專家，堅(jiān)持軍民融合發(fā)展，他把軍內(nèi)外有關(guān)專家，戰(zhàn)略研究的，軍事需求的，科研管理的專家都聯(lián)合起來，充分集成地方的科研力量、技術(shù)成果，甚至地方的資金資源，高效組合起來，形成優(yōu)勢(shì)。這就是他的“小核心大聯(lián)合”的科研創(chuàng)新模式。陳同柱說，就說超級(jí)電容器這個(gè)新能源項(xiàng)目，看起來是解決電動(dòng)汽車動(dòng)力問題，最終是軍民兩用，可能在潛艇、航天，包括新型飛機(jī)、導(dǎo)彈都可應(yīng)用，解決國(guó)防軍事急需的新能源，花了最少的錢，取得了大成果?，F(xiàn)在，導(dǎo)彈、飛機(jī)、航天火箭，液體燃料的推力遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠用了，他的科研找到了路子，很可能要在這方面突破。這就是軍民融合。目前電磁彈射器最大的瓶頸就是超大容量電容，這個(gè)東西有可能是為電磁彈射器而研制的二、中國(guó)日?qǐng)?bào)記者獲悉，一種新型動(dòng)力電源產(chǎn)品、——高能鎳碳超級(jí)電容器日前在天津研制成功，并已通過整車搭載測(cè)試。初步應(yīng)用表明，該產(chǎn)品是我國(guó)在動(dòng)力電源領(lǐng)域的重大突破，各項(xiàng)性能已達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平，綜合成本比目前廣泛使用的鋰離子電池降低80％以上。

天津市科學(xué)技術(shù)委員會(huì)主任趙海山透露，天津市將致力于推動(dòng)高能鎳碳超級(jí)電容器產(chǎn)品的規(guī)模產(chǎn)業(yè)化，并在天津建立高能鎳碳超級(jí)電容器產(chǎn)業(yè)化基地，一期投資10億元，達(dá)到年產(chǎn)1000萬只30億安時(shí)的規(guī)模，二期工程將建成1億只300億安時(shí)的生產(chǎn)能力。據(jù)悉，天津市政府于2010年引進(jìn)了中國(guó)工程院周國(guó)泰院士領(lǐng)銜的科研團(tuán)隊(duì)，組織在天津成立了天津國(guó)泰之光新材料技術(shù)研究院有限公司，建成了超級(jí)電容實(shí)驗(yàn)室，開發(fā)新型動(dòng)力電源產(chǎn)品。經(jīng)過刻苦攻關(guān)，在已有基礎(chǔ)上取得了純電動(dòng)車動(dòng)力電源領(lǐng)域的重大突破。據(jù)周國(guó)泰院士介紹，2010年我國(guó)確定了七大戰(zhàn)略技術(shù)新興產(chǎn)業(yè)，新能源汽車名列其中。電池是電動(dòng)車最核心的部件之一，但電源技術(shù)卻成了制約行業(yè)發(fā)展的最大瓶頸，動(dòng)力電源、儲(chǔ)能電池等技術(shù)已經(jīng)上升到國(guó)家產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整的戰(zhàn)略高度。天津市常務(wù)副市長(zhǎng)楊棟梁告訴記者：“天津在發(fā)展新能源汽車方面取得了積極的進(jìn)展，已初步構(gòu)建起整車、動(dòng)力系統(tǒng)、電源及管理系統(tǒng)等比較齊全的新能源汽車產(chǎn)業(yè)。力爭(zhēng)到2015年，天津市戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值達(dá)到一萬億元以上，占工業(yè)總產(chǎn)值比重30％以上，并形成若干產(chǎn)值規(guī)模超過千億元的產(chǎn)業(yè)集群，率先建立國(guó)家戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)示范基地”。中國(guó)工程院院士俞夢(mèng)孫表示，這款產(chǎn)品把物理儲(chǔ)能和化學(xué)除能原理相結(jié)合，從使用性能上看，達(dá)到了國(guó)際先進(jìn)、國(guó)內(nèi)領(lǐng)先水平?！皩?shí)際上根據(jù)我個(gè)人的體會(huì)，在某些使用指標(biāo)上，超級(jí)電容器已經(jīng)可以達(dá)到國(guó)際領(lǐng)先的水平?！庇釅?mèng)孫院士說，“經(jīng)檢測(cè)，超級(jí)電容器的電容量已經(jīng)超過100萬法拉，充一次電可以跑200公里左右，能源轉(zhuǎn)換比已經(jīng)超過了80％，綜合成本低于現(xiàn)有所有的電動(dòng)汽車鎖使用的能源?！敝車?guó)泰院士及團(tuán)隊(duì)采取綜合性能平衡設(shè)計(jì)思路，提出了一種“內(nèi)并式”超級(jí)電容器結(jié)構(gòu)方案，將活性碳材料引入鎳氫電池負(fù)極，使普通超級(jí)電容器與電池結(jié)合為一體，成功開發(fā)出高能鎳碳超級(jí)電容器并已完成中試?！澳壳半妱?dòng)車比較廣泛使用的是鋰離子電池，但是鋰離子電池存在自燃、爆等安全隱患問題。此外，鋰離子電池充電時(shí)間長(zhǎng)，需6-8小時(shí)；使用壽命短，如果是快速大電流充電，一般幾百次電池就要報(bào)廢了。這些問題不解決，電動(dòng)車行業(yè)就不會(huì)有大的發(fā)展”，周國(guó)泰院士說。據(jù)介紹，最高能鎳碳超級(jí)電容器的使用壽命在檢測(cè)時(shí)可達(dá)到大電流充電50000次，在日常的實(shí)際使用中，也超過了15000次，整體使用壽命是鋰離子電池的10倍，如果每天充放電兩次，連續(xù)使用可達(dá)68年?！俺?jí)電容器的特點(diǎn)之一是充電放電效率高。單塊電池在3秒鐘就能充滿，車用電池組充電10分鐘可達(dá)到其額定容量的95％以上。此外，該產(chǎn)品安全環(huán)保，具有良好的高低溫性能與環(huán)境適應(yīng)性，使用溫度范圍可在-40攝氏度到70攝氏度之間，遠(yuǎn)大于其他電池的溫度使用范圍，充電時(shí)即使過充或者短路，也不會(huì)導(dǎo)致燃燒或者爆。使用的是無污染材料，可全部回收利用。”周國(guó)泰院士介紹道。為探索高能鎳碳超級(jí)電容器產(chǎn)品在新能源汽車上的適應(yīng)性，天津市組織了高能鎳碳超級(jí)電容器的整車搭載測(cè)試。周國(guó)泰院士團(tuán)隊(duì)與南車集團(tuán)合作開發(fā)了高能鎳碳超級(jí)電容純電動(dòng)大客車，與天津一汽夏利公司和天津松正電動(dòng)汽車有限公司合作開發(fā)了C級(jí)平臺(tái)高能鎳碳超級(jí)電容轎車，同時(shí)該產(chǎn)品還在純電動(dòng)中巴車、電動(dòng)自行車、便攜式紅光輻照儀等產(chǎn)品上進(jìn)行了配裝試用。測(cè)試結(jié)果顯示：該超級(jí)電容的特性在純電動(dòng)車輛上得到充分體現(xiàn)，在保證一定續(xù)駛里程的基礎(chǔ)上，可實(shí)現(xiàn)大電流快速充電和超長(zhǎng)的循環(huán)使用壽命。據(jù)介紹，為加大該產(chǎn)品的推廣力度，天津市將率先在公交系統(tǒng)逐步推廣高能鎳碳超級(jí)電容車輛，探索純電動(dòng)公交車的新型運(yùn)營(yíng)模式。依托該產(chǎn)品快速充電及循環(huán)壽命長(zhǎng)的優(yōu)勢(shì)，新型運(yùn)營(yíng)模式將采取線路單程進(jìn)入終點(diǎn)站后，用十分鐘左右的時(shí)間進(jìn)行大電流快速充電，保證下一單程續(xù)駛里程，即不打破原公交線路的配車數(shù)量和發(fā)車間隔，又能保證超級(jí)電容器長(zhǎng)期工作在淺充淺放的狀態(tài)，延長(zhǎng)使用壽命，真正實(shí)現(xiàn)純電動(dòng)汽車在公交系統(tǒng)的大規(guī)模應(yīng)用?！跋乱徊轿覀円x擇一條公交線路進(jìn)行示范運(yùn)行，進(jìn)一步驗(yàn)證各項(xiàng)性能，力爭(zhēng)用較短時(shí)間在全市公交系統(tǒng)大范圍推廣應(yīng)用。同時(shí)積極推動(dòng)高能鎳碳及新能源汽車產(chǎn)業(yè)，盡快形成產(chǎn)業(yè)集群”，楊棟梁副市長(zhǎng)表示。三、超級(jí)電容器：戰(zhàn)略價(jià)值遠(yuǎn)超鋰電池的標(biāo)準(zhǔn)低碳經(jīng)濟(jì)核心產(chǎn)品超級(jí)電容器屬于標(biāo)準(zhǔn)的全系列低碳經(jīng)濟(jì)核心產(chǎn)品。它的功率密度遠(yuǎn)高于鋰電池，充放電循環(huán)次數(shù)可達(dá)50萬次以上，壽命達(dá)10年以上，充電時(shí)間短，可大電流充放電；其中，它的最大優(yōu)點(diǎn)是：短時(shí)間高功率輸出。鑒于其特點(diǎn)，它能夠廣泛的應(yīng)用于消費(fèi)類電子產(chǎn)品領(lǐng)域，還能用于新能源發(fā)電系統(tǒng)、分布式儲(chǔ)能系統(tǒng)、智能分布式電網(wǎng)系統(tǒng)領(lǐng)域，新能源汽車等交通領(lǐng)域，電磁炸彈等軍用設(shè)備領(lǐng)域和運(yùn)動(dòng)控制領(lǐng)域等，涉及新能源發(fā)電、智能電網(wǎng)、新能源汽車、節(jié)能建筑、工業(yè)節(jié)能減排等各個(gè)行業(yè)，屬于標(biāo)準(zhǔn)的全系列低碳經(jīng)濟(jì)核心產(chǎn)品。超級(jí)電容器行業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵驅(qū)動(dòng)因素：電極材料技術(shù)的突破。它是一種與電池和傳統(tǒng)的靜電電容器均不同的新型儲(chǔ)能器件，商業(yè)化應(yīng)用開發(fā)已有30多年的歷史。按照儲(chǔ)能機(jī)理的不同，可以分為雙電層電容器和電化學(xué)電容器。根據(jù)電極材料的不同，電化學(xué)電容器又可以細(xì)分為金屬氧化物電容器和聚合物電容器。雙電層電容器是目前應(yīng)用最廣泛的超級(jí)電容器，其電極材料主要是炭材料。它主要由集流體、電極、電解質(zhì)和隔膜四個(gè)部分組成，其中電極材料是最核心的影響因素。其上下游產(chǎn)業(yè)情況如下：終端應(yīng)用行業(yè)、超級(jí)電容器組系統(tǒng)、超級(jí)電容器電控系統(tǒng)、超級(jí)電容器、電極、電解質(zhì)和隔膜。預(yù)計(jì)超級(jí)電容器上下游產(chǎn)業(yè)發(fā)展將受到政府的強(qiáng)有力支持。它的用途決定了其戰(zhàn)略價(jià)值，全球各主要國(guó)家均投入大量的人力物力來研發(fā)。我們預(yù)計(jì)，隨著中國(guó)經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)調(diào)整的深入，政府終將會(huì)發(fā)現(xiàn)其價(jià)值，并出臺(tái)強(qiáng)有力的產(chǎn)業(yè)扶持政策以促進(jìn)該戰(zhàn)略性產(chǎn)品上下游產(chǎn)業(yè)鏈的發(fā)展。目前，在全球民用超級(jí)電容器市場(chǎng)中處于領(lǐng)先地位的有：美國(guó)Maxwell公司、日本Panasonic公司、韓國(guó)NessCap公司和法國(guó)Bollore公司；在國(guó)內(nèi)處于領(lǐng)先地位的有：上海奧威科技、北京合眾匯能、北京集星聯(lián)合電子、哈爾濱巨容新能源和錦州凱美能源。超級(jí)電容器產(chǎn)業(yè)鏈的投資策略如下：（1）超級(jí)電容器行業(yè)還處于起步階段，但是未來的發(fā)展空間很大；（2）超級(jí)電容器的最主要應(yīng)用領(lǐng)域?qū)⒓杏诮煌I(lǐng)域和智能電網(wǎng)領(lǐng)域，其技術(shù)壁壘比較高，有望獲得超額收益；（3）超級(jí)電容器在工業(yè)設(shè)備領(lǐng)域的應(yīng)用具有一定空間，但其基本上是基于項(xiàng)目來的，受益的公司將以超級(jí)電容器電控系統(tǒng)細(xì)分領(lǐng)域?yàn)橹鳌３?jí)電容器上下游產(chǎn)業(yè)的上市公司主要有：深圳惠程（002168）（超級(jí)電容器），新宙邦（300037）（超級(jí)電容器電解液），安凱客車（000868）、曙光股份（600303）、金龍汽車（600686）超級(jí)電容器最大的優(yōu)點(diǎn)：短時(shí)間高功率輸出超級(jí)電容器是一種電化學(xué)元件，儲(chǔ)能過程并不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，且儲(chǔ)能過程是可逆的，因此超級(jí)電容器反復(fù)充放電可以達(dá)到數(shù)十萬次，且不會(huì)造成環(huán)境污染。另外，它具有非常高的功率密度，為電池的10-100倍，適用于短時(shí)間高功率輸出，充電速度快、模式簡(jiǎn)單，可以采用大電流充電，能在幾十秒到數(shù)分鐘內(nèi)完成充電過程，是真正意義上的快速充電。充放電過程中發(fā)生的電化學(xué)反應(yīng)具有良好的可逆性，低溫性能優(yōu)越，超級(jí)電容器充放電過程中發(fā)生的電荷轉(zhuǎn)移大部分都在電極活性物質(zhì)表面進(jìn)行，容量隨溫度的衰減非常小。超級(jí)電容器的特性總結(jié)如下：（1）高功率密度。超級(jí)電容器的內(nèi)阻很小，并且在電極/溶液界面和電極材料本體內(nèi)均能夠?qū)崿F(xiàn)電荷的快速貯存和釋放，因而它的輸出功率密度高達(dá)數(shù)kW/kg,是任何一個(gè)化學(xué)電源所無法比擬的，是一般蓄電池的數(shù)十倍。（2） 充放電循環(huán)壽命很長(zhǎng)。超級(jí)電容器在充放電過程中沒有發(fā)生碘化學(xué)反應(yīng)，因而其循環(huán)壽命可達(dá)數(shù)萬次以上，遠(yuǎn)比蓄電池的充放電循環(huán)壽命長(zhǎng)。（3） 充電時(shí)間短。超級(jí)電容器最短可在幾十秒內(nèi)充電完畢，最長(zhǎng)充電不過十幾分鐘，遠(yuǎn)快于蓄電池的充電時(shí)間。（4） 妥善解決了貯存設(shè)備高比功率和高比能量輸出之間的矛盾。一般來說，比能量高的貯能體系其比功率不高，而一個(gè)貯能體系的比功率高，則其比能量就不一定很高，許多電池體系就是如此。超級(jí)電容器可以提供1-5kW/kg的高比功率的同時(shí)，其比能量可以達(dá)到5-20Wh/kg。將它與蓄電池組結(jié)合起來，可構(gòu)成一個(gè)兼有高比能量和高比功率輸出的貯能系統(tǒng)。（5） 貯存壽命長(zhǎng)。超級(jí)電容器充電后，雖然也有微小的漏電流存在，但這種發(fā)生在電容器內(nèi)部的離子或質(zhì)子遷移運(yùn)動(dòng)是在電場(chǎng)的作用下產(chǎn)生的，并沒有出現(xiàn)化學(xué)或電化學(xué)反應(yīng)，沒有產(chǎn)生新的物質(zhì)，且所用的電極材料在相應(yīng)的電解液中也是穩(wěn)定的，因此超級(jí)電容器的貯存壽命幾乎可以認(rèn)為是無限的。（6） 高可靠性。超級(jí)電容器工作過程中沒有運(yùn)動(dòng)部件，維護(hù)工作少，因此超級(jí)電容器的可靠性非常高。超級(jí)電容器的用途非常廣泛，既可以應(yīng)用于消費(fèi)類電子產(chǎn)品領(lǐng)域，又可以應(yīng)用于太陽能能源發(fā)電系統(tǒng)、智能電網(wǎng)系統(tǒng)、新能源汽車、工業(yè)節(jié)能系統(tǒng)、脈沖電源系統(tǒng)等領(lǐng)域。1.2消費(fèi)電子產(chǎn)品領(lǐng)域：長(zhǎng)期來看具有廣闊的市場(chǎng)空間超級(jí)電容器可以用作消費(fèi)電子產(chǎn)品的備用電源，長(zhǎng)期來看具有廣闊的市場(chǎng)空間。但是，我們認(rèn)為，該領(lǐng)域并非超級(jí)電容器的主流應(yīng)用領(lǐng)域，與其他蓄電池產(chǎn)品之間的替代性并不明顯，在此不再詳述。新能源發(fā)電系統(tǒng)：采用超級(jí)電容器組將使其并網(wǎng)發(fā)電更具有可行性,太陽能源的利用最終歸結(jié)為太陽能利用和太陽光利用兩個(gè)方面。太陽能發(fā)電分為光伏發(fā)電和光熱發(fā)電，其中光伏發(fā)電就是利用光伏電池將太陽能直接轉(zhuǎn)化為電能。光伏發(fā)電不論在轉(zhuǎn)化效率、設(shè)備成本和發(fā)展前景尚都遠(yuǎn)遠(yuǎn)強(qiáng)于光熱發(fā)電。自從實(shí)用型多晶硅的光伏電池問世以來，世界上就便開始了太陽能光伏發(fā)電的應(yīng)用。目前，太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)有三個(gè)發(fā)展方向：獨(dú)立運(yùn)行、并網(wǎng)型和混合型光伏發(fā)電系統(tǒng)。在獨(dú)立運(yùn)行系統(tǒng)中，儲(chǔ)能單元一般是必須有的，它能將由日照時(shí)發(fā)出的剩余電能儲(chǔ)存起來供日照不足或沒有日照時(shí)使用。目前，國(guó)際光伏能源產(chǎn)業(yè)的需求開始由邊遠(yuǎn)農(nóng)村和特殊應(yīng)用向并網(wǎng)發(fā)電與建筑結(jié)合供電的方向發(fā)展，光伏發(fā)電已有補(bǔ)充能源向替代能源過渡。國(guó)內(nèi)光伏能源系統(tǒng)仍主要是用在邊遠(yuǎn)的無電地區(qū)和城市路燈、草坪燈、庭院燈、廣告牌等獨(dú)立光伏發(fā)電系統(tǒng)。通過蓄電池組構(gòu)成的儲(chǔ)能系統(tǒng)，能夠熨平太陽光照強(qiáng)度波動(dòng)導(dǎo)致的電能波動(dòng)，還可以補(bǔ)償電網(wǎng)系統(tǒng)中的電壓驟降或突升，但是由于其充放電次數(shù)有限、大電流充放電時(shí)間較慢等因素，因此其使用壽命較短，成本較高。另外，風(fēng)力發(fā)電作為當(dāng)前發(fā)展最快的可再生能源發(fā)電技術(shù)，具有廣闊的應(yīng)用前景。但是，風(fēng)能是一種隨機(jī)變化的能源，風(fēng)速變化會(huì)導(dǎo)致風(fēng)電機(jī)組輸出功率的波動(dòng)，對(duì)電網(wǎng)的電能質(zhì)量會(huì)產(chǎn)生影響。目前，風(fēng)電有功功率波動(dòng)多采用直接調(diào)節(jié)風(fēng)力渦輪機(jī)運(yùn)行狀態(tài)的方法來平緩其輸出功率，但是該方法的功率調(diào)節(jié)能力有限；無功功率波動(dòng)通常采用并聯(lián)靜止無功補(bǔ)償裝置進(jìn)行無功調(diào)節(jié)，但無功補(bǔ)償裝置無法平抑有功功率波動(dòng)。通過附加儲(chǔ)能設(shè)備，既可以調(diào)節(jié)無功功率、穩(wěn)定風(fēng)電場(chǎng)母線電壓，又能在較寬范圍內(nèi)調(diào)節(jié)有功功率。而風(fēng)力發(fā)電研究表明位于0.01Hz-1Hz的波動(dòng)功率對(duì)電網(wǎng)電能質(zhì)量的影響最大，平抑該頻段的風(fēng)電波動(dòng)對(duì)電網(wǎng)電能質(zhì)量的影響最大，平抑該頻段風(fēng)電波動(dòng)采用較短時(shí)間的能量?jī)?chǔ)存就可以達(dá)到目的，因此能夠?qū)崿F(xiàn)短時(shí)能量存儲(chǔ)的小容量?jī)?chǔ)能設(shè)備對(duì)風(fēng)力發(fā)電的應(yīng)用價(jià)值很高。超級(jí)電容器因其具有數(shù)萬次以上的充放電循環(huán)壽命、大電流充放電特性，能夠適應(yīng)風(fēng)能、太陽能的大電流波動(dòng)，它能在白天陽光充足或風(fēng)力強(qiáng)勁的條件下吸收能量，在夜晚或風(fēng)力較弱時(shí)放電，從而能夠熨平風(fēng)電、太陽能光伏發(fā)電的波動(dòng)，實(shí)現(xiàn)更有效的并網(wǎng)。因此，在新能源供應(yīng)系統(tǒng)中采用超級(jí)電容器組將使其并網(wǎng)發(fā)電更具有可行性。分布式儲(chǔ)能系統(tǒng)：超級(jí)電容器能大幅優(yōu)化電能暫態(tài)響應(yīng)性能，應(yīng)用領(lǐng)域廣闊20世紀(jì)80年代以來，世界電力工業(yè)開始電力體制改革，其核心就是實(shí)現(xiàn)電力企業(yè)的私有化和構(gòu)建競(jìng)爭(zhēng)性電力市場(chǎng)。電力市場(chǎng)是電力系統(tǒng)中的發(fā)電、輸電、供電、用電各部分組織協(xié)調(diào)運(yùn)行并進(jìn)行電力交易的綜合體。1992年，電力部正式提出建立國(guó)內(nèi)的電力市場(chǎng)。隨著中國(guó)電力體制改革的進(jìn)一步深化，電力行業(yè)被重組為兩大電網(wǎng)公司和五大發(fā)電公司，國(guó)家電力監(jiān)管會(huì)正式掛牌運(yùn)轉(zhuǎn)，電力市場(chǎng)正在逐步形成。電能作為商品，電能質(zhì)量自然就成為其重要的特征參數(shù)。IEEE給出電能質(zhì)量問題的一般解釋為：在供電過程中導(dǎo)致電氣設(shè)備出現(xiàn)誤操作或故障損壞的任何異常現(xiàn)象。電能質(zhì)量包括電壓質(zhì)量、電流質(zhì)量、供電質(zhì)量和用電質(zhì)量，涉及到電壓、頻率、波形和三相平衡等方面的用電可靠性、連續(xù)性、可操作性等方面。目前，美國(guó)西屋電氣公司、德國(guó)西門子公司、日本三菱電氣公司、瑞典ABB公司等各大電力設(shè)備制造商都制造出相應(yīng)的產(chǎn)品。電壓是電能質(zhì)量的重要指標(biāo)之一，影響電能質(zhì)量的電壓干擾，主要包括電壓偏移、三相不平衡、電壓波動(dòng)與閃變、電壓的諧波分量、電壓跌落和瞬時(shí)斷電等。在提高電能質(zhì)量的過程中，儲(chǔ)能系統(tǒng)正起著越來越大的作用。根據(jù)容量大小的區(qū)別，儲(chǔ)能系統(tǒng)的主要作用也各有不同。（1） 大型儲(chǔ)能系統(tǒng)：主要用作電力網(wǎng)的可調(diào)節(jié)發(fā)電電源，對(duì)電力網(wǎng)進(jìn)行控制和調(diào)節(jié)，如頻率控制、備用容量控制、動(dòng)態(tài)快速響應(yīng)、削峰填谷調(diào)平負(fù)荷以及防止系統(tǒng)解列和瓦解等。（2） 中型儲(chǔ)能系統(tǒng)：主要用于大功率遠(yuǎn)距離輸變電系統(tǒng)，其主要功能有提高輸電穩(wěn)定性、維持電壓穩(wěn)定、抑制諧波、調(diào)節(jié)負(fù)荷等。（3） 小型儲(chǔ)能系統(tǒng)：主要用于調(diào)節(jié)電能質(zhì)量和提高供電可靠性，其主要功能有電壓控制、抑制電壓波動(dòng)與閃變、抑制電壓下跌、瞬時(shí)斷電供電等。目前，可應(yīng)用于配電網(wǎng)的儲(chǔ)能系統(tǒng)主要有如下幾類：超導(dǎo)儲(chǔ)能系統(tǒng)、蓄電池儲(chǔ)能系統(tǒng)、飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)和超級(jí)電容器儲(chǔ)能系統(tǒng)。智能分布式電網(wǎng)系統(tǒng)：超級(jí)電容器組儲(chǔ)能系統(tǒng)必不可少理想的供電電壓應(yīng)該是純正弦波形，具有標(biāo)稱的幅值和頻率。然而，由于供電電壓的非理想性、線路的阻抗、供電系統(tǒng)所承受的各種擾動(dòng)、負(fù)荷的時(shí)變性與非線性等供電電壓常常呈現(xiàn)各種各樣的電能質(zhì)量問題。電壓型電能質(zhì)量問題通常表現(xiàn)為幅值或波形的異常：電壓暫降、三相不平衡、電壓波動(dòng)與閃變、諧波及頻率變動(dòng)等。在所有的這些電能質(zhì)量問題中，電壓暫降和電壓短時(shí)中斷對(duì)用電設(shè)備所造成的危害尤其嚴(yán)重，短短幾個(gè)周期的電壓暫降都可能嚴(yán)重影響設(shè)備的正常工作。在歐美發(fā)達(dá)國(guó)家，電壓暫降一次的經(jīng)濟(jì)損失可以達(dá)到幾百萬美元，而電壓短時(shí)中斷的后果更加嚴(yán)重。目前，電壓暫降已經(jīng)上升為最重要的電能質(zhì)量問題。在對(duì)電能質(zhì)量的諸多問題投訴中，由電壓暫降引起的用戶投訴占總投訴量的80%以上，而由諧波、開關(guān)操作過電壓等引起的電能質(zhì)量問題投訴不到20%。換個(gè)角度考慮，電壓暫降和短時(shí)中斷之所以危害很大，就是因?yàn)楹芏嘤秒娫O(shè)備對(duì)其太過敏感。降低設(shè)備對(duì)電壓暫降和短時(shí)中斷的敏感度，提高其抗擾動(dòng)的能力，就可以讓用戶把損失降到最小，甚至可以完全避免由于電壓暫降和短時(shí)中斷所帶來的損失。目前，解決方法主要有加裝UPS電源、多路供電、加裝DVR(動(dòng)態(tài)電壓恢復(fù)器)等。在這幾種措施中，大功率UPS的造價(jià)太高，多路供電也不能完全避免電壓暫降和短時(shí)中斷所造成的損失，DVR(動(dòng)態(tài)電壓恢復(fù)器)的研究在中國(guó)才剛剛起步。新能源汽車：采用超級(jí)電容器將加速插電式混合動(dòng)力汽車的產(chǎn)業(yè)化電動(dòng)汽車對(duì)動(dòng)力電池的性能指標(biāo)要求如下：體積小、重量輕、貯存能量密度高，使電動(dòng)汽車的一次充電續(xù)駛里程長(zhǎng)；功率密度高，使電動(dòng)汽車的加速性能和爬坡性能好；(3)能夠快速啟動(dòng)和運(yùn)行，可靠性高；(4)循環(huán)次數(shù)高，使用壽命長(zhǎng)；(5)環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)，能在一定濕度下正常工作，抗振動(dòng)沖擊性能好；(6)環(huán)保性能好，無二次污染，并有可再生利用性；(7)維修方便，保養(yǎng)費(fèi)用低；安全性好，能夠有效防止因泄露或短路引起的起火或爆炸；(9)價(jià)格低，經(jīng)濟(jì)性好；(10)燃料儲(chǔ)存、處理和輸送方便，能夠利用現(xiàn)有的燃油加油系統(tǒng)。傳統(tǒng)混合動(dòng)力汽車需具有適當(dāng)能量的高功率電池或超高功率電池，相對(duì)而言，對(duì)容量的要求卻不高。因此，傳統(tǒng)混合動(dòng)力汽車采用鎳氫電池即可滿足其性能要求。超級(jí)電容器與磷酸鐵鋰電池具有互補(bǔ)性，兩者組合成復(fù)合能源是中短期內(nèi)的首選。通過2009年8月頒布的《德國(guó)國(guó)家電動(dòng)汽車發(fā)展計(jì)劃》，我們發(fā)現(xiàn)德國(guó)政府將超級(jí)電容器與鋰離子電池的研發(fā)放在同等重要的地位。只有當(dāng)鋰離子電池的技術(shù)已經(jīng)能夠達(dá)到較高的能量密度、較高的功率密度和較高的循環(huán)壽命的情況下，才可能單獨(dú)采用鋰離子電池作為電動(dòng)汽車的動(dòng)力源。運(yùn)動(dòng)控制領(lǐng)域：超級(jí)電容器能優(yōu)化其暫態(tài)響應(yīng)性能，實(shí)現(xiàn)節(jié)能目標(biāo)在現(xiàn)代高層建筑中，電梯的耗能僅次于空調(diào)。以往的電梯采用機(jī)械制動(dòng)的方法，將這部分能量以熱的形式散發(fā)掉，這不但浪費(fèi)，而且多余熱量使機(jī)房溫度升高，增加散熱的負(fù)擔(dān)和成本。如果能夠回收多余的動(dòng)能及勢(shì)能，電梯系統(tǒng)真正消耗的能量就只限于電能轉(zhuǎn)換中的損耗和機(jī)械損耗，其中主要包括變頻器、牽引電機(jī)及其機(jī)械損耗。因此，在電梯設(shè)計(jì)、配置中最迫切需要解決的問題是要全面考慮節(jié)能措施。采用節(jié)能環(huán)保型電梯是未來節(jié)能建筑領(lǐng)域的必然趨勢(shì)。通過分析電梯系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)特性，我們可以發(fā)現(xiàn)節(jié)能的方向：電梯在升降過程結(jié)束時(shí)，經(jīng)常會(huì)有制動(dòng)剎車，產(chǎn)生巨大的制動(dòng)電流，這是可以回收的；另外，在建筑高層，電梯和電梯使用者都具有很大的勢(shì)能，也可以進(jìn)行回收。由于超級(jí)電容器具有大電流充放電等優(yōu)良的特性，可在電梯系統(tǒng)中作為能量回收裝置回收能量。超級(jí)電容器還可以應(yīng)用于建筑領(lǐng)域的通風(fēng)、空調(diào)、給排水系統(tǒng)中，作為啟動(dòng)裝置。另外，超級(jí)電容器還可以應(yīng)用于電站、變流以及鐵路系統(tǒng)中，包括電磁閥門控制系統(tǒng)、配電屏分合閘、鐵路的岔道控制裝置等。作為能源最大消耗者之一的港口機(jī)械設(shè)備，港口機(jī)械如場(chǎng)橋、岸橋中的吊具載運(yùn)貨物上升時(shí)需要很大的能量，而下降時(shí)自動(dòng)產(chǎn)生的勢(shì)能很大，這部分勢(shì)能在傳統(tǒng)機(jī)械設(shè)備中沒有得到合理利用。除了在固定港口機(jī)械設(shè)備中，在流動(dòng)機(jī)械中也同樣存在上述問題。通過采用超級(jí)電容器，能夠?qū)崿F(xiàn)上升過程中的制動(dòng)能量回收，下降過程中的勢(shì)能回收?，F(xiàn)代軌道車輛一般在直流電網(wǎng)中運(yùn)行，因此可以將再生制動(dòng)能量反饋回電網(wǎng)，即機(jī)車在制動(dòng)時(shí)將牽引電機(jī)變?yōu)榘l(fā)電機(jī)，將列車的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為電能回饋到供電系統(tǒng)直流電網(wǎng)中去，其中很小的一部分用于自身供能，其余能量會(huì)被電網(wǎng)間的其他車輛所吸收，但是前提是附近有其他車輛的存在，并需要相應(yīng)的能量值。直流電網(wǎng)是無法完全容納制動(dòng)所產(chǎn)生的能量的，所以當(dāng)電阻制動(dòng)時(shí)，電網(wǎng)電壓會(huì)升高，當(dāng)抬升到一定程度時(shí)，機(jī)車采用電阻制動(dòng)，使其剩余的能量變?yōu)闊崮芤萆⒌?。特別是在電網(wǎng)電壓較低、電流較高、無再生變電所的直流電網(wǎng)中，通常只有30%-50%的制動(dòng)能量能被利用。采用超級(jí)電容器組，可以實(shí)現(xiàn)上述制動(dòng)能量的有效回收利用，大幅提高牽引機(jī)車的總體能量效力。超級(jí)電容器能用作飛機(jī)上柴油機(jī)啟動(dòng)系統(tǒng)工作電源的輔助電源，能提供飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)瞬間所需的沖擊大電流，另外還可以解決422系列電源車啟動(dòng)飛機(jī)瞬間功率不足的問題，從而在啟動(dòng)瞬間對(duì)直流電源車發(fā)電系統(tǒng)尤其是內(nèi)燃機(jī)具有很大的保護(hù)作用。總之，超級(jí)電容器能用于優(yōu)化人類主要的運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的暫態(tài)響應(yīng)性能，實(shí)現(xiàn)節(jié)能的目標(biāo)。2.新材料技術(shù)的突破成就超級(jí)電容器的發(fā)展本部分首先介紹超級(jí)電容器的發(fā)展歷史及其分類情況，然后介紹其基本結(jié)構(gòu)和上下游產(chǎn)業(yè)鏈情況，最后介紹其工作原理。2.1超級(jí)電容器：商業(yè)化應(yīng)用開發(fā)已有30多年的歷史超級(jí)電容器是一種與電池和傳統(tǒng)的靜電電容器均不同的新型儲(chǔ)能器件。它是基于電化學(xué)雙層電容原理或基于準(zhǔn)法拉第電容原理，或是把兩者結(jié)合起來做成的電容器。電化學(xué)雙層電容機(jī)理的發(fā)現(xiàn)最早應(yīng)該歸功于1879年的Helmholz，他發(fā)現(xiàn)了電化學(xué)界