電動汽車也可以使用超級電容

超級電容器充放電效率高( 大于90 %) ，壽命超長( 可以達到百萬次) ，適用溫度范圍寬，可在－40 ～ 70℃范圍內正常工作。功率密度大，可以達到每千克十幾千瓦；能量密度非常低，均在每千克10瓦時以內。對比現在鋰電池的參數看一下，國家補貼的入門標準是電池系統級能量密度大于90wh/kg。可見超級電容，主要在于功率特性上的優勢。下表是幾個主流超級電容廠家的大容量超級電容主要參數。1 超級電容的幾個特點

超級電容對過充過放的反應不像鋰電池那樣敏感；

電壓電量曲線近似一次函數曲線，但也跟具體設計有關，并受溫度影響明顯；

由于工作原理的不同，雙電層超級電容能獲得更長的循環壽命，而贗電容則容易得到更高的能量密度。

2 超級電容的類型和原理

超級電容主要包含兩大類，雙電層電容和贗電容。雖然都叫做超級電容，但他們的工作原理存在著本質上的不同。雙電層超級電容器電荷移動過程，吸附作用是主要作用方式，存在少量化學變化，是非法拉第過程；而贗電容充放電，以氧化還原反應為主，是法拉第過程，遵循法拉第原理。

法拉第 過程是指在電極表面發生氧化還原反應的過程，并且在電極與溶液界面上有電子轉移（躍遷）的過程。這一過程遵守法拉第定律，即：因電流通過而引起的化學反應的量與所通過的電量成正比。

非法拉第 過程是指，在電極-溶液界面間沒有電荷轉移，但是隨著電勢變化，由于吸附和脫附過程發生，以及雙電層的充放電，導致電極-溶液界面結構發生變化，并引起電流流動，這種電流流動過程稱為非法拉第過程。不遵循法拉第定律。

雙電層電容器工作原理

雙電層電容器，如上圖所示，結構上包含正負極集電器，多孔碳電極，隔膜和電解液幾個組成部分。隔膜在正負極之間，將兩者分開，但允許電解液中陰、陽離子自由通過。電荷可以穿越隔膜移動。電解液用于傳導電荷；電荷分別在正、負電極接觸面形成雙電層結構。充電時，給電容兩端加載電壓，由于靜電力作用，電荷向正負兩極匯集，在電極與電解液接觸面上形成雙電層結構，實現電荷與能量存儲；當超級電容作為電源放電，電荷則離開電極回到電解液中。電荷的匯集、擴散，在外電路形成電流，實現充電和放電過程。

雙電層電容器能量密度和功率密度的高低，一個主要的影響因素是集電極的性能。目前超級電容器研究和應用較多的是碳材料，包括活性炭、石墨烯、碳納米管、模板碳等。不同碳材料的微觀形貌和理化性質不同，電化學儲能性能有所差別，不同碳材料的比電容不同。下面圖中，展示了不同種類的碳應用到超級電容電極中，實現的能量密度的對比關系。

3 超級電容應用領域

超級電容應用領域挺多，主要發揮其瞬時大功率的優點。大的領域包括供配電行業，交通領域，重型機械領域等等。

電力行業的應用，主要包括平抑發電功率波動，風機變槳后備電源。

新能源發電，比如風力發電，光伏發電等，受自然條件影響較大，發電功率極其不穩定，被大電網認為是垃圾電，限制其上網規模。超級電容組被設置在新能源發電站入口處，發電功率大時，將一部分高于平均的電量存儲下來；發電功率低時，則將存儲電能補充到上網功率中去，如同一個緩沖器，起到平抑上網功率波動的作用，改善新能源上網電力的質量。在微電網中的作用形式，也跟新能源發電站類似，起到蓄水池的作用。

風機變槳，風力發電機在發電過程中，需要隨時根據風力和風向調節風車葉片的角度，進而實現穩定發電功率的目的，葉片的調整，需要外部電源作為動力。如果出現風力驟增而風機葉片不能及時調整角度的情形，則風機或者風機發電系統可能會遭受大的扭力和沖擊發電功率的考驗，因此變槳電源需要穩定可靠。超級電容作為后備電源，一方面沖擊電容壽命長，更換周期長；另一方面，超級電容對工作環境要求不高，環境溫度變動范圍寬。

交通領域的應用，也有較多應用，是我們最關心的領域，后面單列一個章節。

重型機械領域的應用，主要是起重機和電梯這類，工作過程中勢能變化比較大的場景。上升過程中放電，給系統啟動提供大功率動力；系統下降過程，則能量回收。有數據顯示，這個應用可以節約40%的能源。

4 超級電容在電動汽車領域的應用

回到我們關心的電動汽車領域，乘用車上一般配合其他動力共同使用，主要發揮起動輸出大功率和制動能量回收的作用。城市軌道交通領域，大家可能看到過，前兩年有幾個關于超級電容在地鐵進站過程中，作制動能量回收的新聞。大慣性的車輛，制動功率很大，一般的蓄電池，回收的能量比例有限，只有超級電容最適合這類應用。公交車完全依靠超級電容做動力，間隔3-5公里充電一次，主要秀充電快的能力。

由于功率密度大而能量密度小，超級電容在電動乘用車上作為主要電源的應用案例并不多。一些文獻提出過超級電容結合鋰電池的應用方式，其中一種，原理框圖如下圖所示。