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超級電容器的“春天”愈來愈近

時間:2016-04-21 10:28來源:《電氣技術》作者:西顧

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作為一種新型的儲能器件，超級電容器具有“使用壽命長、環境適應力強、高充放電效率、高能量密度”四大顯著特點，可以廣泛應用于輔助峰值功率、備用電源、存儲再生能量、替代電源等不同的應用場景，在工業控制、風光發電、交通工具、智能三表、電動工具、軍工等領域具有非常廣闊的發展前景，已成為許多國家和地區研究的熱點課題之一。

　　國外研究超級電容器起步較早，技術相對成熟。日、美、歐洲等均把超級電容器項目作為國家級的重點研究和開發項目，提出了近期和中長期發展計劃。美國的USMSC計劃、日本的NewSunshine計劃和歐洲的PNGU計劃均將超級電容器列入開發內容。

　　我國將“超級電容器關鍵材料的研究和制備技術”列入《國家中長期科學和技術發展綱要(2006-2020年)》，作為能源領域中的前沿技術之一。“十二五”期間，在低碳、節能、環保政策的驅動下，我國大容量(100F以上，甚至達到20萬F)和更高功率(如8~10kW/kg)的超級電容器市場正在踏上一條高速發展的軌道。

　　根據外媒的研究報告顯示，2014年全球超級電容器市場收益達到38億美元，預計未來五年的年復合增長率有望達到21.3%。其中，我國市場的超級電容器需求達到全球市場的12.1%。而一旦新能源汽車等應用打開，市場更將迎來快速的增長。

　　超級電容器能幫助汽車、軌道交通以及可再生能源發電等領域更好地實現節能與減排，可預見其未來市場將十分巨大。其中，用于裝配在啟停系統車輛的超級電容器預計到2020年全球市場將超過3.5億美元。

2015年3月，我國交通部發布《關于加快推進新能源汽車在交通運輸行業推廣應用的實施意見》，提出重點推廣應用插電式(含增程式)混合動力汽車、純電動汽車，研究推廣應用儲能式超級電容汽車等其他新能源汽車，到2020年我國新能源城市公交車將達到20萬輛。根據“十三五”規劃，五年內全國新能源汽車累計產銷量達到500萬輛，并鼓勵城市公交和出租汽車使用新能源汽車，大力發展純電動汽車和插電式混合動力汽車。

　　作為典型的資本密集型產業，超級電容器的關鍵技術仍需行業內人士的不斷創新與突破。首先，如何獲得高性能、低成本炭材料將成為技術攻關的關鍵。縱觀雙電層電容器對多孔電容炭材料性能有“六高”，即高比表面、高中孔率、高電導率、高堆積比重、高純度、高性價比。這些指標間彼此相互矛盾、極難兼顧，必須精心調節優化，而在超級電容器的成本中，作為精細化工產品的超高比表面活性炭占了很大部分。

　　其次，作為超級電容器核心技術，高電導率電解液的技術突破也同樣重要。目前，超級電容器所用電解質主要為四氟硼酸四乙基銨和甲基三乙基四氟硼酸銨材料，溶劑普遍使用乙腈，其黏度低，電導率高。但乙腈毒性較大，沸點很低易燃燒，電動車使用超級電容器中出現過燃燒等安全事故。日本等一些發達國家已禁止乙腈體系超級電容器用于電動車。目前，國內外正在加緊開發如GBL、EA、PC等新型溶劑。

　　最后，超級電容器單體低內阻電極工藝與裝配技術作為超級電容器核心技術之一，與其使用預制厚極片貼在涂炭鋁箔上的工藝相比，國產超級電容器多采用類似鋰離子電池的直接涂炭方法其實通用性更強，如果技術攻關取得突破，隨著產業化生產，我國有望這在方面實現超越。

　　在不斷提高性能等關鍵技術的同時，國內生產企業還在積極擴大生產規模以達到較佳的規模效益，降低使用成本，以及深入了解不同行業的應用需求，并研究開發出有針對性的技術解決方案等。相信在新能源汽車、太陽能、風電、軌道交通等巨大市場需求的內驅動下，超級電容器核心技術的突破與成本的降低將逐步實現，超級電容器的“春天”也將愈來愈近。

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