對(duì)于電子產(chǎn)品我們大都患有“能源焦慮癥”，所以，除了壓榨電源管理達(dá)到極限以外，尋找更強(qiáng)大的“電源”就成了“永恒”的追求。鋰離子電池可以說是當(dāng)今人們能夠找到的最理想的商用儲(chǔ)能技術(shù)，但仍談不上完美，特別是在安全性方面，需要人們花費(fèi)很多精力去小心伺候。所以，尋找鋰離子電池替代技術(shù)的努力也一直沒有停止。超級(jí)電容，可以稱得上是一位實(shí)力候選者。

與傳統(tǒng)的電容相比，超級(jí)電容的結(jié)構(gòu)比較特殊，可以將其簡單地理解為在電解質(zhì)中加入的兩個(gè)多孔電極板，在電極板上加電，電解質(zhì)中相反極性的離子就會(huì)在電極附近形成兩個(gè)容性存儲(chǔ)層，以達(dá)到儲(chǔ)能的目的。超級(jí)電容儲(chǔ)能容量的大小，與電極的平面面積正相關(guān)，由于超級(jí)電容電極表面多采用多孔炭材料，所以有效的面積很大（可達(dá)2000 m2/g），儲(chǔ)存能量的能力（靜電容量）遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于傳統(tǒng)的電容器， 且具有非常小的電荷分離距離，這也是其“超級(jí)”二字的意義所在。

這樣特殊的架構(gòu)，也決定了超級(jí)電容和其他儲(chǔ)能技術(shù)相比，擁有諸多優(yōu)勢(shì)，比如：

• 容量遠(yuǎn)超傳統(tǒng)電容，范圍可達(dá)0.1F至1000F，甚至上萬F；

• 極快的充電速度，通常充電10秒至10分鐘可達(dá)到其額定容量的95%以上；

• 循環(huán)使用壽命長，充放電循環(huán)使用次數(shù)最高可達(dá)50萬次，且沒有“記憶效應(yīng)”；

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

• 大電流放電能力超強(qiáng)，能量轉(zhuǎn)換效率高；

• 安全可靠；充放電電路簡單，無需特殊的保護(hù)電路；

• 低溫特性好，溫度范圍寬達(dá)-40℃～+70℃；

• 環(huán)保，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。

表1，超級(jí)電容與電池的性能比較

正是由于認(rèn)識(shí)到超級(jí)電容的這些價(jià)值，近年來它的應(yīng)用也日漸趨熱。根據(jù)IDTechEX的調(diào)研數(shù)據(jù)，2014年全球超級(jí)電容器全球市場(chǎng)規(guī)模為11億美元，到2018年市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)到32億美元，年復(fù)合增長率為31%。有數(shù)據(jù)顯示，中國超級(jí)電容市場(chǎng)規(guī)模也將從2016年的30億元增長到2020年的60億元，實(shí)現(xiàn)翻番。

所以遇到“治愈系”系的超級(jí)電池，對(duì)于那些患有能源“焦慮癥”的市場(chǎng)，真的算得上是個(gè)福音。

汽車和交通運(yùn)輸將是超級(jí)電容的第一大應(yīng)用市場(chǎng)。如在混合動(dòng)力汽車中，利用超級(jí)電容快速充放電的特性，可以和電池配合形成智能啟停控制系統(tǒng)——超級(jí)電容可迅速高效地吸收電動(dòng)汽車制動(dòng)產(chǎn)生的再生動(dòng)能完成充電，而在加速和爬坡時(shí)放電，為智能啟停控制系統(tǒng)電機(jī)提供電能，延長電池的使用壽命。類似的思路用在火車和地鐵的剎車制動(dòng)系統(tǒng)上，預(yù)計(jì)可以節(jié)省30%的能量。與此同時(shí)，完全由超級(jí)電容構(gòu)成的動(dòng)力系統(tǒng)，也有望在新型城市公共交通中發(fā)揮作用——超級(jí)電容無軌電車可利用乘客上下車的時(shí)間，在30秒內(nèi)完成充電并行駛5公里以上，無需復(fù)雜的供電線路布設(shè)，全程零排放。超級(jí)電容電車目前已經(jīng)有很多城市付諸實(shí)用。

圖1，在奧地利格拉茲市運(yùn)營的中國產(chǎn)超級(jí)電容電車（圖片來源：國際在線）

能源電力是超級(jí)電容另一個(gè)市場(chǎng)發(fā)力點(diǎn)。后備電源是超級(jí)電容一個(gè)典型的應(yīng)用場(chǎng)景，它可以在線路失電時(shí)，為開關(guān)設(shè)備提供可靠的電源支持。另外在新能源微電網(wǎng)儲(chǔ)能系統(tǒng)中，超級(jí)電容可以在低負(fù)荷時(shí)儲(chǔ)存電能，而在高負(fù)荷時(shí)輸出電能，滿足微電網(wǎng)用電需求，提高電網(wǎng)的穩(wěn)定性。此外，超級(jí)電容在風(fēng)力發(fā)電中還有一個(gè)典型應(yīng)用，就是為變槳系統(tǒng)提供所需的驅(qū)動(dòng)電力或后備電力，使得在電力供應(yīng)停止的時(shí)候把槳葉的方向轉(zhuǎn)到安全位置上，由于超級(jí)電容循環(huán)使用壽命長，用它替代以往使用的電池可大大降低風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)維護(hù)成本。

在工業(yè)領(lǐng)域超級(jí)電池同樣可以施展拳腳。比如大型工程機(jī)械、電梯等，由于使用時(shí)啟動(dòng)、停止操作頻繁，以往有1/3的電能都以熱量形式耗散掉了，使用超級(jí)電容與電池組成的混合動(dòng)力系統(tǒng)，可以對(duì)機(jī)械制動(dòng)的能量進(jìn)行回收和利用，達(dá)到節(jié)能的目的。

此外，在新興的物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域，從環(huán)境中收集能量作為邊緣端設(shè)備的電源，已經(jīng)成為重要的考慮。超級(jí)電池壽命長、可靠性高、無需額外保護(hù)電路等特性，使其有望成為能量收集的儲(chǔ)能設(shè)備，無論是單獨(dú)使用，還是和電池系統(tǒng)搭配使用，都能發(fā)揮重要作用。超級(jí)電容也在不斷改變自己的形態(tài)去適應(yīng)的多樣化市場(chǎng)的要求，比如有報(bào)道稱，中科院就正在研發(fā)一種柔性、超薄、輕量化的皮膚型超級(jí)電容能量存儲(chǔ)裝置，為可穿戴設(shè)備提供電能，其比電容為56F/g，能量密度為6.0 Wh/kg，功率密度為332kW/kg。

和鋰離子電池等成熟技術(shù)相比，超級(jí)電容的商用化進(jìn)程才剛剛起步，在能量密度等方面與電池相比也還有很大差距。不過隨著石墨烯等新材料的應(yīng)用，以及商用超級(jí)電容產(chǎn)品的不斷進(jìn)化，它終究會(huì)成為能源“焦慮癥”的一顆定心丸。

圖2，KEMET公司制造的表面貼裝式超級(jí)電容，已經(jīng)有很多成功的商用案例

圖3，AVX公司的SCM系列超級(jí)電容，具有高容值和低ESR特點(diǎn)，具有出色的脈沖功率特性，無論是單獨(dú)使用還是和電池配合使用，都能夠有效延長系統(tǒng)待機(jī)時(shí)間和電池壽命，提供所需的瞬時(shí)功率脈沖，是手持設(shè)備、能量收集和脈沖功率應(yīng)用中出色的能源解決方案。