超級電容加速落地儲能與汽車應(yīng)用，國內(nèi)產(chǎn)業(yè)鏈進展如何

電子發(fā)燒友網(wǎng)報道（文/李寧遠(yuǎn)）不同的電壓等級和不同容值下，有很多種電容的細(xì)分類別，從小容值到大容值大致上分為陶瓷電容、薄膜電容、鋁電解電容。而在超高容值范圍里還有目前商業(yè)化推進如火如荼的雙電層電容，也就是我們常說的超級電容。

超級電容是一種正在鋪開應(yīng)用的儲能裝置，是一種介于電容和電池之間的特殊電容，既有著電容的特性又有著電池的特性，具備輔助峰值功率、備用電源、存儲再生能量、替代電源等用途。

儲能＋汽車，超級電容與下游應(yīng)用相輔相成

超級電容從概念興起到現(xiàn)在開始在各行各業(yè)取得應(yīng)用，已經(jīng)被人們所熟知。尤其是近幾年，很多超級電容項目開始規(guī)?；涞亍Ｄ壳爸髁鲬?yīng)用以雙電層電容器為主，雙電層電容類似于傳統(tǒng)電容，在電場作用下產(chǎn)生的極化電荷可以產(chǎn)生電容效應(yīng)，同時又由于緊密的電荷層間距比普通電容電荷層間的距離小得多，因而具有比普通電容更大的容量。

除了主流應(yīng)用的雙電層電容，超級電容還有還有法拉第準(zhǔn)電容器以及鋰離子超容兩種類型，鋰離子超容能顯著提高器件工作電壓，法拉第準(zhǔn)電容器則更像傳統(tǒng)電池能對能量進行存儲和轉(zhuǎn)換。

在超級電容的下游應(yīng)用涉及儲能、工業(yè)、交通運輸、消費電子等諸多場景，但目前最火熱的無疑是儲能和交通運輸兩個場景。根據(jù)公開資料，新能源和交通運輸兩大應(yīng)用領(lǐng)域共占據(jù)了超級電容需求的72.7%，其中新能源應(yīng)用為41.3%，交通運輸為31.4%。

儲能是超級電容應(yīng)用的大方向，特別是功率型儲能，去年電網(wǎng)調(diào)頻、混合儲能等超級電容項目開始密集落地，超級電容的高功率、高可靠、環(huán)保特性優(yōu)勢被充分發(fā)揮了出來。混合儲能系統(tǒng)需要有調(diào)頻功能，減少電力系統(tǒng)常規(guī)機組的調(diào)頻壓力。這意味著在輸配電側(cè)、用電側(cè)都需要使用功率型儲能器件提供短時、高功率的峰值脈沖。在發(fā)電側(cè)中超級電容作為短時儲能裝置抑制入網(wǎng)時帶來的功率波動影響；和鋰離子電池組成混合儲能系統(tǒng)進行調(diào)峰、調(diào)頻模式切換。在輸配電側(cè)中超級電容用于變電站調(diào)頻，在配電終端后備電源，當(dāng)電網(wǎng)發(fā)生大波動時超級電容也能在瞬時時間內(nèi)進行調(diào)頻。而且超級電容作為備用電源在緊急情況下解決用電問題也是不錯的選擇。

車輛交通應(yīng)用是超級電容下游應(yīng)用第二大市場，車用超級電容一直備受期待，相關(guān)產(chǎn)品熱度很高。雖然超級電容的能量密度不到鋰電池的5%不適合在電壓等級越來越高的系統(tǒng)里作為主電源，但是超級電容在低壓系統(tǒng)做主電源或是在高電壓等級系統(tǒng)里作為輔助電源都大有可為。汽車12V電氣系統(tǒng)的主電源已經(jīng)有不少用超級電容替代鉛蓄電池的案例，實現(xiàn)汽車高功率啟動的同時還能回收制動能量。根據(jù)Frost&Sullivan調(diào)研數(shù)據(jù)，超級電容在汽車啟停上的應(yīng)用可以幫助節(jié)省燃料1%—5%，減少污染排放30%—40%。

汽車48V系統(tǒng)現(xiàn)在受到熱捧，是下一步汽車電氣平臺升級的方向，超級電容在48V系統(tǒng)中用作線控電源的需求也開始增加，48V系統(tǒng)中超級電容極高的功率密度和快速的響應(yīng)速度能夠大大增加線控系統(tǒng)的可靠性。

超級電容技術(shù)水平的逐步完善以及商業(yè)化落地的迅速推進和下游應(yīng)用的政策支持相輔相成，發(fā)展平穩(wěn)并逐漸開始加速。

國內(nèi)超級電容器進展如何？

從市場規(guī)模來看，根據(jù)Markets and Research報告，2022年全球超級電容器市場達(dá)到44億美元，預(yù)計到2028年將達(dá)到152億美元，其間的復(fù)合年增長率為22.95%。在中游的超級電容器成品市場，Maxwell是市場占有率最高的，此外一些知名的國外廠商還包括松下、NEC Tokin、NessCap等，國內(nèi)的寧波中車、上海奧威科技、江海股份、凱美能源等廠商的超級電容器產(chǎn)品也都相當(dāng)不錯，其中寧波中車的市占率在國內(nèi)非常高。

寧波中車的超級電容產(chǎn)品目前有單體產(chǎn)品和模組產(chǎn)品兩大類，還專門為具體應(yīng)用做了整體解決方案。其中超級電容單體產(chǎn)品最大容量60000F，覆蓋多種電壓等級。超級電容模組由單體經(jīng)串聯(lián)、并聯(lián)或混聯(lián)后組成，目前較為常用的包括16V模組、48V模組、80V模組等。
上海奧威科技的超級電容技術(shù)路線多樣，旗下UCK系列有機混合型超級電容器、UCR系列有機對稱型超級電容器等產(chǎn)品均實現(xiàn)了量產(chǎn)，在國內(nèi)交通運輸領(lǐng)域有很多應(yīng)用。其中UCK系列最高容量開發(fā)至28000F，亮點在于能量密度非常高，最高可達(dá)到120Wh/kg。

江海股份布局了雙電層超級電容和鋰離子超級電容，雙電層超級電容產(chǎn)品在智能三表、物聯(lián)網(wǎng)、風(fēng)電變槳后備電源和汽車啟停領(lǐng)域獲得了廣泛應(yīng)用，鋰離子超級電容憑借高能量密度在機器人、軌道交通領(lǐng)域也應(yīng)用不少。目前單體超級電容在16000F。

凱美能源在超級電容器產(chǎn)品有十大系列、十七種類型，型號很全，年產(chǎn)量達(dá)2.5億只，尤其是旗下的卷繞單體超級電容，最高容值3000F，但有著行業(yè)領(lǐng)先的電壓保持特性，可靠性很高。

決定超級電容性能的核心原材料

不同于追求工藝、迭代快速的主動元器件，電容這類被動元件生產(chǎn)工藝相對簡單，但是格外看重材料的性能，優(yōu)質(zhì)的上游材料是被動元件優(yōu)質(zhì)性能的基礎(chǔ)。在超級電容這個行業(yè)，最關(guān)鍵的，還是材料。電極、隔膜和電解液是決定超級電容性能的核心原材料。其中又以電極材料占比最高（40%-50%），超級電容的功率與能量密度很大程度上受限于電極材料。

隔膜目前基本上還都是日本進口，國內(nèi)企業(yè)剛剛起步，凱恩股份、柔創(chuàng)納米這些目前正在測試階段。電解液國內(nèi)實力很強，國內(nèi)的新宙邦是全球最大的電解液供應(yīng)商，國內(nèi)外超級電容廠商基本都是其下游。

電極材料這個領(lǐng)域，有走碳材料、過渡金屬氧化物、導(dǎo)電聚合物、復(fù)合材料幾種路線。最成熟的還是碳材料，也就是活性炭、碳納米管、石墨烯。碳材料上目前最強勢的是日本可樂麗，幾乎壟斷了高端硬碳和活性炭。國內(nèi)則有元力股份、美錦能源、大潮炭能、北海星石在碳材料上做突破。

國內(nèi)超級電容產(chǎn)業(yè)想要突破瓶頸，一定會在高能量、低成本電極材料上下苦功。近年來國內(nèi)也加大了對超級電容電極、電解質(zhì)材料及其制備技術(shù)的研究力度，推進超級電容原材料國產(chǎn)化。去年美錦能源的超級電容炭項目10噸/年中試線已建成投產(chǎn)，并且已經(jīng)與寧波中車、上海奧威和錦州凱美這些國內(nèi)超級電容頭部廠商達(dá)成了供貨意向，大大推進了原材料國產(chǎn)化。

寫在最后

儲能和汽車應(yīng)用的火熱大大加速了超級電容的發(fā)展，擴大了不少市場需求，加速了超級電容的商業(yè)化落地。與此同時，超級電容在工業(yè)設(shè)備、消費電子等不同場景里也都有著非常廣闊的發(fā)展前景，并已經(jīng)有相關(guān)應(yīng)用落地實現(xiàn)。在整個產(chǎn)業(yè)鏈的通力合作下，超級電容器的發(fā)展有望進一步加速。