3.1超级电容器行业基本情况
3.1.1 超级电容器介绍
超级电容器(Supercapacitor，Ultracapacitor),又叫黄金电容、法拉电容,通过极化电解质来储能，属于双层电容的一种。由于其储能的过程并不发生化学反应，因此这种储能过程是可逆的，正因为此超级电容器可以反复充放电数十万次。由于其容量很大，对外表现和电池相同，因此也称作“电容电池”或说“黄金电池”。超级电容器是目前世界上已投入量产的双电层电容器中容量最大的一种，其基本原理和其它种类的双电层电容器一样，都是利用活性炭多孔电极和电解质组成的双电层结构获得超大的容量。
图超级电容器结构原理图
超级电容器的出现，填补了传统电容器和电池间的空白，广泛的应用于数码产品、智能仪表、玩具、电动工具、新能源汽车、新能源发电系统、分布式电网系统、高功率武器、运动控制领域、节能建筑、工业节能减排等各个行业，属于标准的低碳经济核心产品。超级电容器具有如下特点：
（1）高功率密度。输出功率密度高达数kW/kg，是如何化学电源所无法比拟的，是一般蓄电池的数十倍。
（2）高能量密度。能量密度可以达到5-20Wh/kg，是传统电容器所无法想象的。
（3）循环寿命长。理论循环寿命为无限次，实际都为50万次以上，远高于蓄电池几百次的循环寿命。
（4）充电时间短。可在数秒内到几分钟内完成充电，远快于蓄电池的充电
时间。
（5）免维护、高可靠性，报废后不产生环境污染。
3.1.2 超级电容器与传统常规储能元器件比较
（1）超级电容器与静电电容器、电池的性能参数比较
图超级电容器与普通电容器及电池参数比较
（2）超级电容与电池相关指标比较
图超级电容与电池参数比较
结合以上数据我们可以看出超级电容器的优势在于能提供较大的比功率，因此适合与瞬态大电流充放电工作环境。
3.1.3 超级电容器运用领域
超级电容器的用途非常广泛，其应用领域涉及消费类电子产品，交通运输、移动通信、工业、能源、电力及军事等领域，并且应用范围还在不断地扩大。
图扣式超级电容器图柱式超级电容器图超级电容器组件
（1）消费电子领域。超级电容器根据放电量、放电时间以及电容量大小，主要用作后备电源、替换电源和主电源。①作后备电源，当主电源中断、由于接触不良或由于其它的重载引起系统电压降低时，超级电容器就能够起后备补充作用。其最大好处是寿命长、循环次数多、充电快以及环境适应性强。②作替换电源，由于超级电容器具有高充放电次数、寿命长、使用温度范围宽、循环效率高以及低自放电，故很适合这种应用。例如白昼—黑夜的转换。白天太阳能提供电源并对超级电容器充电，晚上则由超级电容器提供电源；③作主电源，通过一个或几个超级电容器释放持续几毫秒到几秒的大电流。放电之后，超级电容器再由低功率的电源充电。带有超级电容器的传动器不仅小巧、而且便宜和快捷。超级电容器在消费电子领域的市场非常广泛，可以用于智能仪表、多功能电话机、数字应答机、家庭影院、摄录一体机、智能洗衣机、冰箱、微波炉、照相机、电子记事本、电动玩具、汽车音响、出租车计程器、打卡机、光盘刻读机、有线电视、电梯系统板、可编程控制器、太阳能驱动装置、卫星电视接收机等。
（2）交通运输领域。汽车的关键部分蓄电池存在充电时间长、无法大电流充电、工作寿命短等不足。与之相比超级电容器功率密度大，充电速度快，输出功率大，刹车再生能量回收效率高。超大容量电容器具有10万次以上的循环寿命，安全可靠，在-40~+50℃温度范围内可以正常工作。由于超大容量电容器的寿命是普通化学电池的100倍以上且彻底免维护，使用超大容量电容器作为动力源的城市交通电动汽车综合运营成本大大低于采用电池作为动力源的电动汽车。国内外电动汽车权威专家一致认为目前最可行的电动汽车动力系统实施方案是：超级电容器和动力电池组成的复合电源系统。
超级电容器还可以作为车辆、机械、船舶等大型机械设备中燃油发动机的辅助电源，（启动、爬坡、加速时）提供短时间大功率，形成油电混合动力，使发动机始终工作在最佳的功率区间，大幅度降低燃油的消耗、减少有害气体排放。
（3）能源电力领域。太阳能发电系统，作为太阳能发电重要组成部分的储能装置要求存储容量大、工作寿命长，可以进行瞬间充电以适应天气的变化、无记忆效应以及免维护等。但是大量蓄电池在复杂环境下的运行和维护费用比较昂贵，并且在高温和反复充放电的应用条件下会缩短使用寿命。超大容量电容器因其具有十万次以上的深度充放电循环寿命和免维护、高可靠性等特点，使得替换蓄电池成为可能并可以大大降太阳能发电系统的总运营成本。另外微型和小型超大容量电容器还可与太阳能电池并联使用，作为贮能元件用于太阳能手表，太阳能计算器或其它太阳能应用方面。
（4）军事领域。现代军用工业已相继发展了新一代激光武器、粒子束武器、导弹以及航天飞行器等高功率军事装备。这些装备在发射阶段除装备有常规高能量密度电池外，还必须与超大容量电容器组合才能构成“致密型超高功率脉冲电源”，通过对脉冲释放率、脉冲密度、峰值释放功率的调整，使脉冲电起飞加速器、电弧喷气式推进器等装置能实现在脉冲状态下达到任何平均功率水平的功率状态。此外，军事用途的载重卡车、装甲车辆、电动车辆在恶劣条件下，如启动、爬坡、刹车等过程，也必须使用电池与超大容量电容器组合的动力装置，即“混合动力系统”。
表不同类型类别超级电容器用途
3.2超级电容器行业环境分析
3.2.1政策环境分析
根据国家统计局制定的《国民经济行业分类与代码》（GB/T4754-2011），电容器的生产其国民经济行业类别代码为：C382（输配电及控制设备制造）大类下的C3822（电容器及其配套设备制造）小类。
表超级电容器行业分类表
工业和信息化部(原国家信息产业部)是行业行政主管部门，主要负责制订我国电子元件行业的中长期发展规划、政策和措施，指导产品结构调整，对行业的发展方向进行宏观调控。
行业内自律性协会组织为中国电子元件行业协会，其下设电容器分会等14 个分会，其主要作用是对全行业生产经营活动数据进行统计和分析，为业内企业提供市场指引。
主要产业政策：
其中：
1、《信息产业科技发展“十一五”规划和2020 年中长期规划纲要》中提到“重点围绕计算机、网络和通信、数字化家电、汽车电子、环保节能设备及改造传统产业等的需求，发展相关的片式电子元器件、机电元件、印制电路板、敏感元件和传感器、频率器件、新型绿色电池、光电线缆、新型微特电机、电声器件、半导体功率器件、电力电子器件和真空电子器件。”
2、《当前优先发展的高技术产业化重点领域指南（2011年度）》中将“大容量电能储存技术开发与应用、城轨列车再生制动吸收装置、超级电池和超级电容器”列为鼓励类；
3、《节能与新能源汽车示范推广财政补助资金管理暂行办法》中指出“在北京、上海、重庆、深圳等13 个城市开展节能与新能源汽车示范推广试点工作，以财政政策鼓励在公交、出租、公务、环卫和邮政等公共服务领域率先推广使用节能与新能源汽车，对推广使用单位购买节能与新能源汽车给予补助。”
4、《汽车产业调整和振兴规划》中指出“电动汽车产销形成规模。改造现有生产能力，形成50 万辆纯电动、充电式混合动力和普通型混合动力等新能源汽车产能，新能源汽车销量占乘用车销售总量的5%左右。推动纯电动汽车、充电式混合动力汽车及其关键零部件的产业化…建立动力模块生产体系，形成10 亿安时（Ah）车用高性能单体动力电池生产能力。发展普通型混合动力汽车和新燃料汽车专用部件。”
5、《广东省高技术产业发展“十二五”规划》中指出“着力突破关键核心技术。围绕产业优化升级需要，制订产业发展技术路线图，组织实施重大科技专项，努力在新兴信息技术、生物医药、半导体照明、新材料和新能源等重点领域攻克一批制约产业发展的核心共性技术。”
6、《电子基础材料和关键元器件“十二五”规划》中指出“大力发展新能源汽车用高效节能无刷电机、高性能磁性元件和动力电池；发展为节能环保设备配套的电子元件以及电子元件本身的节能环保和清洁生产技术”“新能源配套——开发为太阳能光伏、风力发电等新能源产业配套的新型储能电池、超级电容器、功率型电容器、特种功率电阻器以及电力电子用关键电子元件。”
7、《高新技术产业化及其环境建设“十二五”专项规划》中指出“大力发展新能源产业——发展风电、太阳能光伏、太阳能热利用、智能电网和储能系统等，实施风力发电、高效太阳能、智能电网、洁净煤等科技重点专项。”
3.2.2 市场容量
（1）国际市场
2007年，全球钮扣型超级电容器产业规模为10.2亿美元，卷绕型和大型超级电容器产业规模为34.8亿美元，超级电容器产业总规模为45亿美元,同比增长45%；2008年全球钮扣型超级电容器产业规模为15.3亿美元,卷绕型和大型超级电容器产业规模为为52.2亿美元,超级电容器产业总规模为67.5亿美元,同比增长
50%。主要的生产企业有：美国的MAXWELL公司，俄罗斯的ECOND公司、ELIT 公司，日本的ELNA公司、PANASONIC公司、NEC-TOKIN公司，韩国的NESS公司、KORCHIP公司、NUINTEK公司等。美国Maxwell公司的PC系列产品体积小、内阻低，产品一致性好，串并联容易，但价格较高；日本的NEC公司、松下公司、Tokin公司均有系列超级屯容器产品其产品多为圆柱体形，规格较为齐全，适用范围广，在超级电容器领域占有较大市场份额；俄罗斯ECOND公司对超级电容器已有25年的研究历史，该公司代表着俄罗斯的先进水平，其产品以大功率超级电容器产品为主，适用于作动力电容。
图MAXWELL 超级电容器销售情况
资料来源：MAXWELL官方网站
（2）国内市场
近几年，国内超级电容器市场发展迅速。根据中国电子元件行业协会数据：2008年超级电容器产业总规模达到为8.7亿元人民币，比2007增长50.7%；2009年产业总规模为13.3亿元人民币，同比增长52.9%；2010年产业总规模为20.63亿元，同比增长55.1%；预计2011年产业总规模可达32.59亿元，同比增长58%。根据中国电子元件行业协会相关材料，未来我国超级电容运用领域最为重要的是汽车市场，约占超级电容使用量的40%左右，而行业年均增速将在未来较长一段时间维持在30%以上。根据此预测，预计到2015年我国超级电容器市场规模如下：
图我国超级电容器市场规模情况
（3）细分市场描述
1）新能源车用市场
2012年4月18日，国务院讨论通过《节能与新能源汽车产业发展规划（2012—2020年）》。会议指出，加快培育和发展节能与新能源汽车产业，对于缓解能源和环境压力，推动汽车产业转型升级，培育新的经济增长点，具有重要意义。要以纯电驱动为汽车工业转型的主要战略取向，当前重点推进纯电动汽车和插电式混合动力汽车产业化，推广普及非插电式混合动力汽车、节能内燃机汽车，提升我国汽车产业整体技术水平。争取到2015年，纯电动汽车和插电式混合动力汽车累计产销量达到50万辆，到2020 年超过500万辆；2015年当年生产的乘用车平均燃料消耗量降至每百公里6.9升，到2020年降至5.0升；新能源汽车、动力电池及关键零部件技术整体上达到国际先进水平。
表中国新能源客车企业储能单元一览表
资料来源：市场调查
图 新能源汽车市场容量
（2）风电领域
绿色能源以其对环境无污染、可再生、清洁环保等诸多优点为契机，正在成为世界各国发展能源的首选。当前，我国的能源的结构正朝着绿色方向发展，绿色新能源中如风能、太阳能正在得到开发和利用，并已成为电力工业重要的有机组成部分。如下表所示：最新的统计数据，2012年我国风力发电变桨系统的总市场容量约3.5亿元，2020年将达30亿元。
图 风力变桨系统市场容量
目前1.5MW-2.0MW 单机容量的变浆变速风电机组成为近期市场主流机型。而其中有50%采用超级电容作为变浆系统备用电源，每个变浆系统用5组超级电容模组，由此可以计算变浆系统用超级电容的市场容量如上表所示。 （3）电网系统
按照国家电网公司出台的《统一坚强智能电网配电环节实施报告》，预计2009-2020年间，在配电环节将投资13000亿元。结合对南方电网的投资估算，两家电网公司在智能配电网投资约为16300亿元。
目前，国内城市配电自动化系统的覆盖率仅为9%左右。而发达国家配电自动化比例达到60%以上，未来增长速率较快，未来几年微网市场蕴育着打的商机。
2013年2014年2015年2020年市场金额(亿元）
7.513.218.830.1超级电容风机数量（万台）2 3.558风机容量（万MW ）
6
9
13
21.6
10203040506070
中国风力变桨系统市场容量
图 电网系统超级电容需求情况
结合以上分析我们认为：超级电容器行业呈现出如下发展趋势：
1．超级电容器产品的应用领域非常广泛，在未来的十年时间里市场容量的增长将以爆炸式的速度进行，不断会有新的应用领域出现。
2．目前超级电容器还主要有国外企业进行垄断，国内企业急需解决部分技术难题，包括产业化的能力。
3．超级电容器行业属于新能源储能行业，超级电容器所应用的领域大部分为国家政策扶持的领域，行业的发展拥有良好的契机。
4．超级电容器的国产化是一个非常迫切解决的问题。
基于上述因素我们认为：今朝时代公司顺应国家和市场的需求，研发大容量超级电容器单体的核心技术并产业化，为实现大容量超级电容
3.2.3行业竞争状况
超级电容行业由于进入门槛较高，加之目前处于市场拓展期，目前还处于不完全竞争的局面。
国外竞争对手：
目前在国内销售的国外品牌的大容量超级电容器，主要制造厂商有美国的MAXWELL ，韩国的LS 、韩国的NESSCAP 、美国的AUX 。从市场的占有率上来看，MAXWELL 是一枝独秀，在国内占了相当大的市场份额，其技术上处于国际领先的水平；LS 和NESSCAP 分别处于二、三位，其技术比MAXWELL 的稍差，但是比
2013年2014年2015年超级电容需求量（组）2600091000182000系统数量（套）
2000
7000
14000
市场金额(亿元）
310
20
5101520250
50000
100000150000200000250000微网市场容量
系统数量（套）
超级电容需求量（组）
市场金额(亿元）
国内的技术水平还是超前不少。
至于AUX和其他国外制造商目前还没有占很大的市场份额，但是其发展势头非常的迅速，发展潜力较好，值得关注。
针对国外的制造厂商，因为其技术比较领先，尤其是MAXWELL的制造工艺，是国内超级电容器行业的学习对象。因此，跟随其发展的脚步，不断的吸取其技术精华，提高自身的发展水平。
国内竞争对手：
目前国内的超级电容器制造厂商主要有上海奥威、哈尔滨巨容、北京集星、北京合众汇能等企业。其中上海奥威、哈尔滨巨容、北京集星等是老牌的电容制造厂商，其生产能力与销售渠道都非常的成熟。这与他们的市场先入优势有关系，这也是今朝时代与他们的差距所在。
随着超级电容器制造水平的不断发展和技术进步，之前比较流行的水系制造工艺已经趋于落后，取而代之的是有机系的制造工艺。而老牌的电容制造厂商如上海奥威、哈尔滨巨容、北京集星都属于水系制造工艺，面临着向有机系转变的问题。从这一角度出发，国内的制造水平基本上处于同一个层次。
表今朝时代公司与市场主要竞争对手对比表
3.2.4超级电容器行业发展面临机遇
1、新能源车用市场方兴未艾
2012年4月18日，国务院讨论通过《节能与新能源汽车产业发展规划(2012—2020年)》。会议指出，加快培育和发展节能与新能源汽车产业，对于缓解能源和环境压力，推动汽车产业转型升级，培育新的经济增长点，具有重要意义。要以纯电驱动为汽车工业转型的主要战略取向，当前重点推进纯电动汽车和插电式混合动力汽车产业化，推广普及非插电式混合动力汽车、节能内燃机汽车，提升我国汽车产业整体技术水平。争取到2015年，纯电动汽车和插电式混合动力汽车累计产销量达到50万辆，到2020 年超过500万辆；2015年当年生产的乘用车平均燃料消耗量降至每百公里6.9升，到2020年降至5.0升；新能源汽车、动力电池及关键零部件技术整体上达到国际先进水平。
表中国新能源客车企业储能单元一览表
资料来源：市场调查
2、风力变桨技术性能优越
超级电容模组由于在风力变桨系统中的明显技术优势，目前在风力变桨系统中已经成为必需品，并且在过往使用铅酸电池组机器上也在逐步进行更换。
目前1.5MW-2.0MW单机容量的变浆变速风电机组成为近期市场主流机型。而其中有50%采用超级电容作为变浆系统备用电源，每个变浆系统用5组超级电容模组，则该市场也具有不小于20亿的市场规模。
3、智能电网建设
按照国家电网公司出台的《统一坚强智能电网配电环节实施报告》，预计2009-2020年间，在配电环节将投资13000亿元。结合对南方电网的投资估算，两家电网公司在智能配电网投资约为16300亿元。
未来智能配电系统对于DVR（动态电压调节）存在极大的市场需求，而超级电容模组由于其短时放电特性的技术优点在未来智能电网建设上必然会迎来新的发展机遇。
3.2.5超级电容器行业壁垒
（1）技术
超级电容器的生产制造具有较高技术门槛，具体体现在以下方面：
1）电极制备工艺
活性炭电极（片）制备技术是大容量超级电容器单体制造中的关键技术，其性能优劣对超级电容器的容量、内阻、漏电流、化学稳定性和循环寿命都有直接而重要的影响。国内在超级电容器电极的开发方面与国外相比存在较大的差距。
先进的电极制备工艺主要有两种，一种是涂布法（Coating technology），另一种是叠层法（Sheet technology）。前者是从锂离子电池的电极制备工艺沿袭而来，包括使用水系溶剂SBR涂布工艺和使用有机溶剂PVDF的涂布工艺。后者则系美国Maxwell公司、日本Gore公司开发的以PTFE为粘结剂叠层工艺。涂布法电极制备工艺目前存在的最大问题是浆料的制备过程缺乏定量化的过程控制手段和理论指导，更多地依赖于操作员工的经验，浆料性能波动大，一致性和重现性较差，因而迫切需要解决其工艺过程控制的难题。而以MAXWELL为代表开发的叠层法电极制备工艺，由于对原料分散和PTFE纤维化技术和设备的要求极高，因此设备投资大，工艺控制难度也很大。
表两种电极（片）制备工艺及性能对比
2）单体结构设计
对于大容量超级电容器而言，其应用面向新能源汽车、轨道交通、智能电网等高端市场，除满足大电流快速充放电的功能要求外，还对其使用寿命、可靠性、稳定性等方面提出了更加严格的要求。在大容量超级电容器单体结构设计中，不但要考虑电流分布、降低内阻、提高电接触结构的可靠性、散
热等因素以外，还要特别解决大容量单体在使用过程中普遍存在的电极卷芯发生形变进而影响电容器性能特别是使用寿命的问题。在普通的超级电容器结构设计中，电极卷芯装在壳体内。在电极卷芯制作过程中，卷绕时的张力会在一定范围波动，当张力过大时，容易导致卷芯出现褶皱，影响产品质量。而且超级电容器经过一段时间的使用后会出现极片厚度增加的现象，部分副化学反应产生的固定颗粒会沉积在极片表面，减少极片之间的空隙。上述几种情况都会使电极卷芯的内应力增加，在受力较大部位发生坍塌，导致电极卷芯变形，从而影响产品使用寿命。因此，需要在卷芯的结构设计方面进行创新，以保证产品性能的稳定。
此外，电极的引出结构和安全结构也对大容量超级电容器产品的可靠性和失效模式有重要的影响，特别是使用过程中要考虑外壳腔体内电解液产生的压力比较大时，如何实现压力的安全释放与自恢复。
3）水氧含量控制
超级电容器在组装过程中，如果水氧含量超标，就会造成荷电时原材料中的活性官能团、电解液与水、氧发生电化学反应，使得单体的工作电压降低，寿命减短。因此一方面需尽量使用高纯度的原材料，另一方面在单体的封装过程中，必须严格控制水分和氧气的含量。水氧含量的控制，对超级电容器的使用寿命、内阻等有非常重要的影响。国产大容量超级电容器在高温负荷寿命（2.7V，65℃，1500hr）测试中，经常出现明显的寿命短、内阻变化大、鼓胀甚至发生爆裂的现象，这些问题的产生均与其单体制造过程的水氧含量控制工艺水平较低有直接的关系。在单体的生产过程中，影响产品中水分和氧气含量的关键工序主要包括电极卷芯的加热处理及转移和注液封口过程中的环境控制。
为确保大容量超级电容器产品的性能，在单体封装全过程（从卷芯干燥到真空周转至手套箱注液，再到封口）中，必须严格控制水氧含量在1ppm 以下。这一指标远高于锂离子电池封装对水氧含量的控制水平（-30露点值以下，对应的水氧含量为375ppm）。只有这样才能显著提高超级电容的循环寿命（达50～100万次）和高温负荷寿命（2.7V，65℃，1500hr）。
（2）资金
目前由于超级电容单体生产制造还处于商业秘密阶段，因此新进入者难以在市场上获得直接生产制造设备，需要进行非标设备的定制，这意味着该行业具有较高的进入门槛。
（3）市场准入
超级电容单体虽然没有直接的进入门槛，但是由于其下游运用领域为轨道交通、风电、电力、军事领域，以上领域基本都为寡头及垄断行业因此对于配套设备具有较高的认证要求，不能获得资格的企业难以进入以上领域。
3.2.6超级电容行业与上下游的关联性及影响分析
超级电容行业产业链如下：
上游：
活性炭粉，作为超级电容存储电荷最主要的载体，活性炭粉的比表面积及颗粒大小均匀性对于单体性能有着极为重要的影响，目前生产超级电容单体所使用的纳米级活性炭粉颗粒主要是掌握在日本企业手中，国内厂商生产单体所需活性炭粉基本都是进口为主。
铝膜、铝壳，生产单体过程中需要将活性炭粉均匀涂布在预先处理的具有微孔结构的铝膜上，而铝壳则用于最后的封装，我国为铝资源大国，目前生产超级电容所需铝膜及铝壳国内已经掌握相关技术及工艺，受上游影响不大。
隔膜材料对于超级电容具有重要作用，其品质直接影响单体容量及均匀性，目前隔膜材料主要掌握在日本、美国及韩国企业手中，国内生产企业仍需进口。
有机系电解液超级电容电解液目前主要掌握在日本企业手中，电解液的性能直接影响超级电容工作电压，从而间接影响超级电容单体能量密度，目前国内新宙邦等上市企业在超级电容电解液方面已经取得一定的突破。
下游：
现阶段来看超级电容下游运用领域主要为轨道交通、电动汽车、风电、智能电网等领域，得益于我国战略性新兴产业的实施，以上行业在相当长一段时间都将面临较快的增长，未来我国与节能环保技术相关产品都将迎来快速增长期。
2010年8月17日
超级电容器行业研究简报 一、超级电容器简介 随着新能源领域的技术进步和行业发展，储能技术越来越受到各方重视，成为解决未来新能源产业发展的关键性环节，产业应用前景和市场规模十分巨大。当前，储能技术大致分为物理储能和电化学储能两条路线。而超级电容器则是物理储能中最具商用前景的一种技术装置，是对其他电化学储能技术的良好补充。 从行业需求角度看，电动/混合动力汽车、太阳能、风能等新能源应用都需求高能量密度储能元件，同时也要求免维护、长寿命、兼备能量密度和功率密度、应用范围宽。锂离子电池、镍氢电池、超级电容是目前全球主要发展的先进储能技术。当前，可充电储能元件行业的发展速度已经远高于全球GDP增长速度。超级电容作为电池的补充，其发展速度将快于电池技术。
1.1超级电容器的概念和特性 超级电容器是介于传统电容器和充电电池之间的一种新型储能装置, 主要是双电层超级电容器（还有赝电容型超级电容器）。它是世界上已投入量产的双电层电容器中容量最大的一种，其基本原理和其它种类的双电层电容器一样，都是利用活性炭多孔电极和电解质组成的双电层结构获得超大的容量。 与传统电容器相比：它具有较大的容量、较高的能量、较宽的工作温度范围和极长的使用寿命；而与蓄电池相比：它又具有较高的比功率，且对环境无污染，因此可以说，超级电容器是一种高效、实用、环保的能量存储装置。 1.2 超级电容器工作原理 超级电容器是利用双电层原理的电容器。当外加电压加到超级电容器的两个极板上时，与普通电容器一样，极板的正电极存储正电荷，
负极板存储负电荷，在超级电容器的两极板上电荷产生的电场作用下，在电解液与电极间的界面上形成相反的电荷，以平衡电解液的内电场，这种正电荷与负电荷在两个不同相之间的接触面上，以正负电荷之间极短间隙排列在相反的位置上，这个电荷分布层叫做双电层，因此电容量非常大。当两极板间电势低于电解液的氧化还原电极电位时，电解液界面上电荷不会脱离电解液，超级电容器为正常工作状态（通常为3V以下），如电容器两端电压超过电解液的氧化还原电极电位时，电解液将分解，为非正常状态。由于随着超级电容器放电，正、负极板上的电荷被外电路泄放，电解液的界面上的电荷响应减少。由此可以看出：超级电容器的充放电过程始终是物理过程，没有化学反应。因此性能是稳定的，与利用化学反应的蓄电池是不同的。 二、超级电容器的行业分析 超级电容器产品获得投资关注虽然不久，但由于它具有特殊的优点，已在许多领域中获得了应用，其前景可以认为是非常广阔。2010年上海世博会中稳定运营的36辆超级电容客车更是吸引了众多观光者的眼球。超级电容车一旦展开普及，市场会大的超出想象。 基于中国消费电子近年来的惊人增长表现，预计今后几年内，我国纽扣型超级电容器有望保持30%以上的平均增长率，卷绕型和大型超级电容器则有可能保持50%以上的平均增长率。到2013年，我国超级电容器的整体产业规模有望达到79亿元。 依照美国国家能源局的数据预测，超级电容器在全球市场的容量
题目超级电容器技术综述 学号 班级_____________ 学生 _______________ 扌旨导教师_______ 杨莺_________________ ______ 2014 _______ 年
超级电容器技术综述 摘要：近年来，随着经济的迅猛发展，人们在实际应用中对储能装置各项技术指标的需求不断提高，而当前电池的标准设计能力已经逐渐无法满足人们的要求，超级电容器应运而生。超级电容器是一种新型储能装置，它具有充电时间短、使用寿命长、温度特性好、节约能源和绿色环保等特点。作为一种新的储能元件,它填补了传统电容器和电池之间的空白, 能提供比普通电容器更高的能量和比二次电池更高的功率以及更长的循环寿命, 同时还具有比二次电池耐温和免维护的 优点。本文主要针对超级电容器的储能机理、超级电容器电极材料、超级电容器的发展动态以及未来应用的展望进行了简单的论述。 关键词：超级电容器；储能机理；活性炭；发展现状；应用展望。 A Review of the technology of super capacitor Abstract ：In recent years，With the rapid development of economy，People advance the need that can equip each technique index sign to continuously raise at practical application 。But the standard design ability of the current battery have already canned not satisfy people's request gradually ，The super capacitor emerges with the tide of the times 。The super capacitor is a kind of new energy storing device, it has many characteristics such as short refresh time, long service life, good temperature characteristic, energy conservation,Environment protecting.As a new kind energy storage element, it filled up traditional capacitor and the blank of battery.It can provide energy than the common capacitor higher and the power than secondary battery higher and the longer circulating life.Meanwhile it has the advantage of rating of temperature and no maintenance than secondary battery.The text mainly aims at the keeping of super capacitor development dynamic state of ability mechanism, super capacitor electrode material, super capacitor and in the future apply of the outlook carried on simple treatise. Key Words ：super capacitor; The energy storage mechanism; active carbon; development trend; Application trend . 引言近几年出现的超级电容器，它兼有物理电容和电池的特性，是人们未来探索的确定方向。超级电容器是比物理电容器更好的储能元件。目前，用于超级电容器的电极材料主要是炭材料，由于一些炭材料比如氧化锰低价高能，所以受到很多科学家的青睐。超级电容器自面市以来，全球需求量快速扩大，已成为化学电源领域内新的产业亮点。超级电容器在电动汽车、混合燃料汽车、特殊载重汽车、电力、消费性电子产品等众多领域有着巨大的应用价值和市场潜力，被世界各国所广泛关注。就目前的国际形势来看，超级电容器有着很大的应用前景。 1 超级电容器概述 1.1超级电容器的定义及特点
3.1超级电容器行业基本情况 3.1.1 超级电容器介绍 超级电容器(Supercapacitor，Ultracapacitor),又叫黄金电容、法拉电容,通过极化电解质来储能，属于双层电容的一种。由于其储能的过程并不发生化学反应，因此这种储能过程是可逆的，正因为此超级电容器可以反复充放电数十万次。由于其容量很大，对外表现和电池相同，因此也称作“电容电池”或说“黄金电池”。超级电容器是目前世界上已投入量产的双电层电容器中容量最大的一种，其基本原理和其它种类的双电层电容器一样，都是利用活性炭多孔电极和电解质组成的双电层结构获得超大的容量。 图超级电容器结构原理图 超级电容器的出现，填补了传统电容器和电池间的空白，广泛的应用于数码产品、智能仪表、玩具、电动工具、新能源汽车、新能源发电系统、分布式电网系统、高功率武器、运动控制领域、节能建筑、工业节能减排等各个行业，属于标准的低碳经济核心产品。超级电容器具有如下特点： （1）高功率密度。输出功率密度高达数kW/kg，是如何化学电源所无法比拟的，是一般蓄电池的数十倍。 （2）高能量密度。能量密度可以达到5-20Wh/kg，是传统电容器所无法想象的。 （3）循环寿命长。理论循环寿命为无限次，实际都为50万次以上，远高于蓄电池几百次的循环寿命。 （4）充电时间短。可在数秒内到几分钟内完成充电，远快于蓄电池的充电
时间。 （5）免维护、高可靠性，报废后不产生环境污染。 3.1.2 超级电容器与传统常规储能元器件比较 （1）超级电容器与静电电容器、电池的性能参数比较 图超级电容器与普通电容器及电池参数比较 （2）超级电容与电池相关指标比较 图超级电容与电池参数比较 结合以上数据我们可以看出超级电容器的优势在于能提供较大的比功率，因此适合与瞬态大电流充放电工作环境。 3.1.3 超级电容器运用领域 超级电容器的用途非常广泛，其应用领域涉及消费类电子产品，交通运输、移动通信、工业、能源、电力及军事等领域，并且应用范围还在不断地扩大。
超级电容行业分析报告
超级电容行业分析报告 一、超级电容器行业分析 超级电容器根据制造工艺和外形结构可划分为钮扣型、卷绕型和大型三种类型，三者在容量上大致归类为5F以下、5F~200F、200F以上，它们由于其特点的不同，运用领域也有所差异。 钮扣型产品具备小电流、长时间放电的特点，可用在小功率电子产品及电动玩具产品中。而卷绕型和大型产品则多在需要大电流短时放电，有记忆存储功能的电子产品中做后备电源，适用于带CPU的智能家电、工控和通信领域中的存储备份部件。另外大型超级电容器通过串并联构成电源系统可用在汽车等高能供应装置上。 年份纽扣型卷绕型和大型总规模同比增长2007 10.2 34.8 45 45% 2008 15.3 52.2 67.5 50% 年份纽扣型卷绕型和大型总规模同比增长 2005 0.4 3.5 3.9 57.2% 2006 0.9 4.8 5.7 46.2% 2007 1.4 7.2 8.6 50% 2008 2.1 11.2 13.3 55% 表1、表2是对三种超级电容器产业规模进行调查而得到的数据整理而成的，分别反映了世界和中国超级电容器产业的情况。从这两个表中我们不难发现三个问题： 1、超级电容器产业的发展非常迅速，无论是钮扣型还是卷绕型或是大型超级电容器，其产业规模都在高速扩展。 2、中国在钮扣型超级电容方面的竞争力不明显，在中国钮扣型市场中，海外产品几乎占据了90%以上的份额，竞争非常激烈。数据表明，近几年国内厂家的市场份额也在逐步扩大。 3、卷绕型和大型方面，中国的技术水平与国际接近，市场份额也比较理想。近几年，中国厂商的销售收人也在呈几何倍数增长。据调查，国产超级电容器已占有中国市场60%~70%的份额。 二、超级电容器技术研究现状 超级电容器是利用双电层原理的电容器。当外加电压加到超级电容器的两个极板上时，与普通电容器一样，极板的正电极存储正电荷，负极板存储负电荷，在超级电容器的两极板上电荷产生的电场作用下，在电解液与电极间的界面上形成相反的电荷，以平衡电解液的内电场，这种正电荷与负电荷在两个不同相之间的接触面上，以正负电荷之间极短间隙排列在相反的位置上，这个电荷分布层叫做双电层，因此电容量非常大。当两极板间电势低于电解液的氧化还原电极电位时，电解液界面上电荷不会脱离电解液，超级电容器为正常工作状态(通常为3V以下)，如电容器两端电压超过电解液的氧化还原电极电位时，电解液将分解，为非正常状态。由于随着超级电容器放电，正、负极板上的电
超级电容器的组装及性能测试指导书 实验名称：超级电容器的组装及性能测试 课程名称：电化学原理与方法 一、实验目的 1．掌握超级电容器的基本原理及特点； 2．掌握电极片的制备及电容器的组装； 3．掌握电容器的测试方法及充放电过程特点。 二、实验原理 1．电容器的分类 电容器是一种电荷存储器件，按其储存电荷的原理可分为三种：传统静电电容器，双电层电容器和法拉第准电容器。 传统静电电容器主要是通过电介质的极化来储存电荷，它的载流子为电子。 双电层电容器和法拉第准电容储存电荷主要是通过电解质离子在电极/溶液界面的聚集或发生氧化还原反应，它们具有比传统静电电容器大得多的比电容量，载流子为电子和离子，因此它们两者都被称为超级电容器，也称为电化学电容器。 2．双电层电容器 双电层理论由19世纪末Helmhotz等提出。Helmhotz模型认为金属表面上的净电荷将从溶液中吸收部分不规则的分配离子，使它们在电极/溶液界面的溶液一侧，离电极一定距离排成一排，形成一个电荷数量与电极表面剩余电荷数量相等而符号相反的界面层。于是，在电极上和溶液中就形成了两个电荷层，即双电层。 双电层电容器的基本构成如图1，它是由一对可极化电极和电解液组成。 双电层由一对理想极化电极组成，即在所施加的电位范围内并不产生法拉第反应，所有聚集的电荷均用来在电极的溶液界面建立双电层。 这里极化过程包括两种: （1）电荷传递极化（2）欧姆电阻极化。 当在两个电极上施加电场后，溶液中的阴、阳离子分别向正、负电极迁移，在电极表面形成双电层；撤消电场后，电极上的正负电荷与溶液中的相反电荷离子相吸引而使双电层稳定，在正负极间产生相对稳定的电位差。当将两极与外电路连通时，电极上的电荷迁移而在外电路中产生电流，溶液中的离子迁移到溶液中成电中性，这便是双电层电容的充放电原理。
2016年国内外超级电容行发展现状及未来趋势分析 一、超级电容的定义 超级电容又名电化学电容器，双电层电容器是通过极化电解质来储能的一种电化学元件。它不同于传统的化学电源，是一种介于传统电容器与电池之间、具有特殊性能的电源，主要依靠双电层和氧化还原假电容电荷储存电能。但在其储能的过程并不发生化学反应，这种储能过程是可逆的，也正因为此超级电容器可以反复充放电数十万次。其基本原理和其它种类的双电层电容器一样，都是利用活性炭多孔电极和电解质组成的双电层结构获得超大的容量。 二、超级电容有哪些特点 （1）充电速度快，充电几秒-几分钟就可充满； （2）循环使用寿命长，深度充放电循环使用次数可达1-50万次，远高于充电电池的充放电使用寿命； （3）功率密度高，可以快速存储释放电荷，可达300W/KG-5000W/KG，相当于电池电量的5-10倍； （4）大电流放电能力强，能量转换效率高，循环过程能量损失小，循环效率≥90%； （5）贮存寿命长，因为充电过程没有化学反应，电极材料相对稳定； （6）低温特性好，温度范围宽-40℃～+70℃，随着温度的降低，锂电池放电性能显著下降；（7）可靠性高。 缺点：成本高，功率密度较高，能量密度低。 法拉（farad），简称“法”，符号是F 1法拉是电容存储1库仑电量时，两极板间电势差是1伏特1F=1C/1V 1库仑是1A电流在1s内输运的电量，即1C=1A·S。 1法拉=1安培·秒/伏特 一个12伏14安时的电瓶放电量=14×3600×1/12=4200法拉（F），图中一个30000F的超级电容的电量相当于7个12伏14安时的电瓶放电量，够大吧。 三、超级电容的种类 按储存电能的机理，超级电容器可分为以下2种：包括双电层电容器和赝电容器。 四、超级电容的用途 超级电容可以广泛应用于辅助峰值功率、备用电源、存储再生能量、替代电源等不同的应用场景，在工业控制、风光发电、交通工具、智能三表、电动工具、军工等领域具有非常广阔的发展前景，特别是在部分应用领域具有非常大的性能优势。 1、电子设备最早应用：例如我们电脑的内存系统、照相机的闪光灯，音响设备后备存储电源。 2、汽车工业中：插电式混合动力汽车中超级电容主要和电池相配合形成智能启停控制系统。（1）超级电容可以迅速高效地吸收电动汽车制动产生的再生动能； （2）加速和爬坡时超级电容为智能启停控制系统电机提供电能，延长了电池的使用寿命。 3、大尺寸超级电容器可用在火车和地铁的刹车制动系统上，可以节省30%的能量。 4、超级电容轻轨列车 超级电容轻轨列车是一种新型电力机车。2012年8月10日，世界第一列超级电容轻轨列车在湖南省株洲市下线。这种新型电力机车最多能运载320人，不再需要沿途架设高压线，停站30秒钟就能快速充满电。列车充电后能高速驶向相距2公里左右的另一个站点，再上下客并充电，如此周而复始。 5、全球首创超级电容储能式现代电车
超级电容器原理及电特性 Principle & Electric characteristics of Ultra capacitor 辽宁工学院陈永真孟丽囡宁武 Chen Yongzhen Liao Ning Institute of Technology 摘要：叙述了超级电容器的基本结构和工作原理，比较全面地介绍了超级电容器的特点和在特定测试条件下的电特性，分析了如较大的ESR、发热等特殊电特性产生的原因，提出一些注意事项。 关键词：超级电容器 ESR 放电电流 Abstract:Basic structure & principle of ultra-capacitor are described in this paper. The characteristics about ultra-capacitor and electric characteristics in special measuring conditions are also introduced in detail. Some reasons of special electric characteristics are analyzed, such as big ESR and heat, at last some attentions are also put forward. Key words: ultra-capacitor ESR Discharging current 超级电容器是一种高能量密度的无源储能元件，随着它的问世，如何应用好超级电容器，提高电子线路的性能和研发新的电路、电子线路及应用领域是电力电子技术领域的科技工作者的一个热门课题。 1. 级电容器的原理及结构 1.1 超级电容器结构 图一为超级电容器的模型，超级电容器中，多孔化电极采用活性炭粉和活性炭和活性炭纤维，电解液采用有机电解质，如丙烯碳酸脂（propylene carbonate）或高氯酸四乙氨（tetraetry lanmmonium perchlorate）。工作时，在可极化电极和电解质溶液之间界面上形成的双电层中聚集的电容量c由下式确定： 其中ε是电解质的介电常数，δ是由电极界面到离子中心的距离，s是电极界 面的表面面积。 由图中可见，其多孔化电极是使用多孔性的活性碳有极大的表面积在电解液中吸 附着电荷，因而将具有极大的电容量并可以存储很大的静电能量，超级电容器的这一 特性是介于传统的电容器与电池之间。电池相较之间，尽管这能量密度是5%或是更 少，但是这能量的储存方式，也可以应用在传统电池不足之处与短时高峰值电流之中。 这种超级电容器有几点比电池好的特色。 图1超级电容器结构框图 1.2 工作原理 超级电容器是利用双电层原理的电容器，原理示意图如图2。当外加电压加到 超级电容器的两个极板上时，与普通电容器一样，极板的正电极存储正电荷，负极板存储负电荷，在超级电容器的两极板上电荷产生的电场作用下，在电解液与电极间的界面上形成相反的电荷，以平衡电解液的内电场，这种正电荷与负电荷在两个不同相之间的接触面上，以正负电荷之间极短间隙排列在相反的位置上，这个电荷分布层叫做双电层，因此电容量非常大。当两极板间电势低于电解液的氧化还原电极电位时，电解液界面上电荷不会脱离电解液，超级电容器为正常工作状态（通常为3V以下），如电容器两端电压超过电解液的氧化还原电极电位时，电解液将分解，为非正常状态。由于随着超级电容器放电，正、负极板上的电荷被外电路泄放，电解液的界面上的电荷响应减少。由此可以看出：超级电容器的充放电过程始终是物理过程，没有化学反应。因此性能是稳定的，与利用化学反应的蓄电池是不同的。 2.3 主要特点 由于超级电容器的结构及工作原理使其具有如下特点：
2012超级电容器行业分析报告及技术研究现状 一、电容器、超级电容器行业分析 超级电容器根据制造工艺和外形结构可划分为钮扣型、卷绕型和大型三种类型三者在容量上大致归类为5F以下、5F~200F、200F以上它们由于其特点的不同运用领域也有所差异。 钮扣型产品具备小电流、长时间放电的特点，可用在小功率电子产品及电动玩具产品中。而卷绕型和大型产品则多在需要大电流短时放电，有记忆存储功能的电子产品中做后备电源，适用于带CPU的智能家电、工控和通信领域中的存储备份部件。另外大型超级电容器通过串并联构成电源系统可用在汽车等高能供应装置上。 表1、表2是对三种超级电容器产业规模进行调查而得到的数据整理而成的，分别反映了世界和中国超级电容器产业的情况。从这两个表中我们不难发现三个问题： 1、超级电容器产业的发展非常迅速，无论是钮扣型还是卷绕型或是大型超级电容器，其产业规模都在高速扩展。 2、中国在钮扣型超级电容方面的竞争力不明显，在中国钮扣型市场中，海外产品几乎占据了90%以上的份额，竞争非常激烈。数据表明，近几年国内厂家的市场份额也在逐步扩大。 3、卷绕型和大型方面，中国的技术水平与国际接近，市场份额也比较理想。近几年，中国厂商的销售收人也在呈几何倍数增长。据调查，国产超级电容器已占有中国市场60%~70%的份额。 二、超级电容器技术研究现状
超级电容器是利用双电层原理的电容器。当外加电压加到超级电容器的两个极板上时，与普通电容器一样，极板的正电极存储正电荷，负极板存储负电荷，在超级电容器的两极板上电荷产生的电场作用下，在电解液与电极间的界面上形成相反的电荷，以平衡电解液的内电场，这种正电荷与负电荷在两个不同相之间的接触面上，以正负电荷之间极短间隙排列在相反的位置上，这个电荷分布层叫做双电层，因此电容量非常大。当两极板间电势低于电解液的氧化还原电极电位时，电解液界面上电荷不会脱离电解液，超级电容器为正常工作状态(通常为3V以下)，如电容器两端电压超过电解液的氧化还原电极电位时，电解液将分解，为非正常状态。由于随着超级电容器放电，正、负极板上的电荷被外电路泄放，电解液的界面上的电荷响应减少。由此可以看出:超级电容器的充放电过程始终是物理过程，没有化学反应。因此性能是稳定的，与利用化学反应的蓄电池是不同的。 超级电容器因其独特的双层大容量储存结构对原材料及制作工艺提出了极高的要求。电极、电解质和隔膜的组成和质量对超级电容器的性能起着决定性的影响。下面将从原材料，制作工艺等几个方面对超级电容器的技术现状进行分析。 2.1正极材料 目前用作超级电容器电极的材料主要有三类：碳材料、金属氧化物材料和导电聚合物材料。 2.1.1 碳材料 碳是最早被用来制造超级电容器的电极材料。碳电极电容器主要是利用储存在电极与电解液界面的双电层能量，其比表面积是决定电容器容量的重要因素。尽管高比表面的碳材料比表面积越大，容量也越大，但实际利用率并不高，因为多孔碳材料中孔径一般要2nm及 以上的空间才能形成双电层，从而进行有效的能量储存，而制备的碳材料往往存在微孔(孔 径小于2nm)不足的情况。所以这个系列主要是向着提高有效比表面积和可控微孔孔径(孔径 大于2nm)的方向发展。除此之外，碳材料的表面官能团、导电率、表观密度等对电容器性 能也有影响。现在已有许多不同类型的碳材料被证明可用于制作超级电容器的极化电极，如活性炭、活性炭纤维、碳气溶胶、碳纳米管以及某些有机物的裂解碳化产物。 2.1.2 金属氧化物材料 金属氧化物作为超级电容器电极材料的研究是基于法拉第准电容储能原理，即是在氧化物电极表面及体相发生的氧化还原反应而产生的吸附电容。其电容量远大于活性炭材料的双电层电容，但双电层电容器瞬间大电流放电的功率特性比法拉第电容器好。金属氧化物作为超级电容器电极材料有着潜在的研究前景。近年来金属氧化物电极材料的研究工作主要围绕以下两个方面进行:(l)制备高比表面积的RuO2活性物质。(2) RuO2与其它金属氧化物复合。
Maxwell超级电容器基本原理及性能特点Maxwell超级电容器结构 超级电容的容量比通常的电容器大得多。由于其容量很大，对外表现和电池相同，因此也有称作“电容电池”。超级电容属于双电层电容器，它是世界上已投入量产的双电层电容器中容量最大的一种，其基本原理和其它种类的双电层电容器一样，都是利用活性炭多孔电极和电解质组成的双电层结构获得超大的容量。 超级电容器原理 电化学双层电容器（EDLC）因超级电容器被我们所熟知。超级电容器利用静电极化电解溶液的方式储存能量。虽然它是一个电化学器件，但它的能量储存机制却一点也不涉及化学反应。这个机制是高度可逆的，它允许超级电容器充电放电达十万甚至数百万次。 超级电容器可以被视为在两个极板外加电压时被电解液隔开的两个互不相关的多孔板。对正极板施加的电势吸引电解液中的负离子，而负面板电势吸引正离子。这有效地创建了两个电荷储层，在正极板分离出一层，并在负极板分离出另外一层。 传统的电解电容器存储区域来自平面，导电材料薄板。高电容是通过大量的材料折叠。可能通过进一步增加其表面纹理，进一步增加它的表面积。过去传统的电容器用介质分离电极，这些介质多数为：塑料，纸或薄膜陶瓷。电介质越薄，在空间受限的区域越可以获得更多的区域。可以实现对介质厚度的表面面积限制的定义。 超级电容器的面积来自一个多孔的碳基电极材料。这种材料的多孔结构，允许其面积接近2000平方米每克，远远大于通过使用塑料或薄膜陶瓷。超级电容器的充电距离取决于电解液中被吸引到电极的带电离子的大小。这个距离（小于10埃）远远小于通过使用常规电介质材料的距离。巨大的表面面积的组合和极小的充电距离使超级电容器相对传统的电容器具有极大的优越性。 超级电容器内部结构 超级电容器结构上的具体细节依赖于对超级电容器的应用和使用。由于制造商或特定的应用需求，这些材料可能略有不同。所有超级电容器的共性是，他们都包含一个正极，一个负极，及这两个电极之间的隔膜，电解液填补由这两个电极和隔膜分离出来的两个的孔隙。
超级电容器电极材料性能测试的三种常用电化学方法，欢迎大家一起交流 ★★★★★★★★★★ 关于超级电容器电极材料性能测试常用的三种电化学手段，大家一起交流交流自己的经验。我先说说自己的蠢蠢的不成熟的经验。不正确或者不妥的地方欢迎大家指正批评，共同交流。希望大家都把自己的小经验，测试过程中遇到的问题后面如何解决的写出来，共同学习才能共同进步。也希望大家可以真正的做到利用电化学板块解决自己遇到的电化学问题。 循环伏安cyclic voltammetry (CV) 由CV曲线，可以直观的知道大致一下三个方面的信息 ? Voltage window（水系电解液的电位窗口大致在1V左右，有机电解液的电位窗口会在2.5V 左右）关于很多虫虫问，电位窗口应该从具体的哪个电位到哪个电位，这个应该和你的参比电极和测试体系有关。工作站所测试的电位都应该是相对于参比电极的，所以不要纠结于为什么别人的是0-1V，而你测试的是-0.5-0.5V，这个与参比电极的本身电位（相对于氢标的电位）以及测试的体系本身有很大关系。 ?Specific capacitance （比电容，这个是超级电容器重要的参数之一，可以利用三种测试手段来计算，我一般都是利用恒电流充放电曲线来计算） ?Cycle life （超级电容器电极材料好坏的另一个比较重要的参数，因为一个很棒的电极材料应该是要做到既要有比较高的比电容又要有比较好的循环稳定性） 测试的时候比较重要的测试参数：扫描速度和电位扫描范围。电位的扫描范围，一般会在一个比较宽的范围扫描一次然后选择电容性能还比较好的区间再进行线性扫描，扫描速度会影响比电容，相同的电极材料相同测试体系扫速越大计算出的比电容会越小。 恒电流充放电 galvanostatic charge–discharge (GCD) 由GCD测试曲线，一般可以得到以下几方面的信息： ?the change of specific capacitance（比电容的变化可以从有限多次的恒电流充放电中体现，直观的就是每次充放电曲线的放电时间的变化） ?degree of reversibility(由充放电曲线的对称也可以中看出电极材料充放电的可逆性) ?Cycle life（循环寿命，换句话也就是随着充放电次数的增多，电极材料比电容的保持率）恒电流充放电测试过程中比较重要的测试参数有电流密度，还有充放电反转的电位值。电流密度可以设置为电流/电极面积，也可以设置为电流/活性物质质量。我在测试的过程中一般依据活性物质的质量设置为XXmA/mg。充放电反转的电位值可以依据循环伏安的电位窗口，可以设置为该区间或者小于该区间。 交流阻抗 electrochemical impedance spectroscopy (EIS) 由交流阻抗曲线可以看出体系随着频率改变的变化趋势，得出测试体系某个状态下的包括溶液电阻、扩散阻抗的情况，可以通过测试交流阻抗对测试的未知体系进行电化学元件模拟。
超级电容器发展现状及前景分析 一、超级电容器的概念 超级电容器是一种具有超级储电能力，可提供强大的脉冲功率的物理二次电源，它是根据电化学双电层理论研制而成的，所以又称双电层电容器。 超级电容器基本原理为：当向电极充电时，处于理想极化电极状态的电极表面电荷将吸引周围电解质溶液中的异性离子，使这些离子附于电极表面上形成双电荷层，构成双电层电容。由于两电荷层的距离非常小（一般0.5mm以下），再加之采用特殊电极结构，使电极表面积成万倍的增加，从而产生极大的电容量。 超级电容器实现了电容量由微法级向法拉级的飞跃，彻底改变了人们对电容器的传统印象。目前，超级电容器已形成系列产品，实现电容量0.5-1000F（法），工们电压12-400V，最大放电电流400-2000A。 超级电容器的性能特点： ①．具有法拉级的超大电容量； ②．比脉冲功率比蓄电池高近十倍； ③．充放电循环寿命在十万次以上； ④．能在-40℃-70℃的环境温度中正常使用； ⑤．有超强的荷电保持能力，漏电源非常小； ⑥．充电迅速，使用便捷； ⑦．无污染，真正免维护。 二、超级电容器行业市场分析 超级电容器根据制造工艺和外形结构可划分为钮扣型、卷绕型和大型三种类型，三者在容量上大致归类为小于5F、5F~200F、大于200F，它们由于其特点的不同，运用领域也有所差异。 钮扣型产品具备小电流、长时间放电的特点，可用在小功率电子产品及电动玩具产品中；而卷绕型和大型产品则多在需要大电流短时放电，有记忆存储功能的电子产品中做后备电源，适用于带CPU的智能家电、工控和通信领域中的存储备份部件；另外大型超级电容器通过串并联构成电源系统可用在汽车等高能供应装置上。这三种超级电容器在全球和国内的生产规模情况分别见表1和表2 所示。
超级电容器项目可行性报告 规划设计 / 投资分析
摘要说明— 该超级电容器项目计划总投资 13474.95 万元，其中：固定资产投资11770.85 万元，占项目总投资的 87.35%；流动资金 1704.10 万元，占项目总投资的 12.65%。 达产年营业收入 16168.00 万元，总成本费用 12896.82 万元，税金及附加 239.97 万元，利润总额 3271.18 万元，利税总额 3962.35 万元，税后净利润 2453.38 万元，达产年纳税总额 1508.96 万元；达产年投资利润率24.28%，投资利税率 29.41%，投资回报率 18.21%，全部投资回收期 6.99 年，提供就业职位 283 个。 坚持应用先进技术的原则。根据项目承办单位和项目建设地的实际情况，合理制定项目产品方案及工艺路线，在项目产品生产技术设计上充分体现设备的技术先进性、操作安全性。采用先进适用的项目产品生产工艺技术，努力提高项目产品生产装置自动化控制水平，以经济效益为中心，在采用先进工艺和高效设备的同时，做好项目投资费用的控制工作，以求实科学的态度进行细致的论证和比较，为投资决策提供可靠的依据。努力提高项目承办单位的整体技术水平和装备水平，增强企业的整体经济实力，使企业完全进入可持续发展的境地。 概论、建设背景、项目市场调研、建设规模、选址分析、土建工程分析、工艺分析、环境影响概况、项目安全保护、风险应对评价分析、节能方案分析、项目实施方案、投资可行性分析、经济评价分析、综合评价等。
第一章建设背景 一、项目建设背景 超级电容器是通过电极与电解质之间形成的界面双层来存储能量的新型元器件，其既具有电容器快速充放电的特性，又具有电池的储能特性。超级电容器具有功率密度高、充电速度快、循环寿命长、工作温限宽、绿色环保等优良特征，下游应用市场包括消费电子、电动汽车、轨道交通、电力系统、军工设备等众多领域。不过相较于储能电池，超级电容器虽然充放电速度快，但储电量较少，因此主要应用于辅助峰值功率、备用电源、存储再生能量、替代电源等场景。 因超级电容器的优良特性，我国政府积极推动产业发展，行业整体技术水平不断提升，超级电容器市场规模迅速扩大。2012 年，我国超级电容器市场规模为 16.3 亿元，发展到 2017 年已经增长至 101.0 亿元，年复合增长率达到 44.02%；2018 年，超级电容器市场规模达到 120.0 亿元，同比增长 18.81%。我国超级电容器市场规模迅速扩张。 我国新能源汽车市场保持高速增长，可再生能源发电以及分布式电力系统市场蓬勃发展，轨道交通、数据中心、消费电子等领域市场规模也在持续扩大，下游主要应用领域发展态势良好，对超级电容器需求将持续保持较快的速度增长。并且我国超级电容器行业经过不断发展，国际竞争力
五、结果与分析 1、实验过程总结与知识点查阅 ○1超级电容器的结构：[1] 超级电容器主要由三部分组成：电极、电解液和隔膜，其中电极由集流体和电极材料组成。本实验中，集流体为泡沫镍，集流体起到降低电极内阻的作用，活性物质为三维石墨烯-Co3O4复合材料。 ○2超级电容器的分类及原理 分为双电层电容器和赝电容器 双电层电容器：充电时，电解液中的带电粒子被吸附在电极表面，形成双电层结构，从而将能量储存起来。在双电层电容器工作的过程中，电解液中的粒子只发生电迁移、扩散、传质，完全是物理过程，不会和电极发生氧化还原反应。在充电时，接正极的电极集流体和活性物质带正电，活性物质吸附电解液中的负离子从而形成双电层结构。同样的，接负极的活性物质带负电，吸引电解液中的阳离子形成双电层结构。整个超级电容器相当于两个电容器串联。循环性能好，比电容较低。 赝电容器：由于电解液中粒子与电极材料发生高度可逆的氧化还原反应，形成不稳定的产物，将能量储存起来。在充电时，活性物质与电解液中的粒子在电极表面或者电极表面及内部发生高度可逆的化学吸附；在放电时则进行解吸附的过程。循环性能差，比电容高。 ○3超级电容器的电极材料[2]： （1）炭材料：活性炭、碳纳米管、石墨烯等。主要用于双电层电容器，比容量较低，而且能量密度与功率密度也较低。 ( 2 )过渡金属氧化物和导电聚合物，主要用于赝电容器，比容量与能量密度较高，导电性能和循环稳定性相对活性炭较差。 （3）改进材料：制备碳材料与金属氧化物或导电聚合物的复合材料，同时拥有比电容高和循环性能好的优点，如本实验中的三维石墨烯-Co3O4复合材料。 ○4循环伏安法测试及其原理 循环伏安法是指在工作电极和参比电极之间施加三角波扫描电压，记录工作电极上响应电流与施加电位之间的关系曲线，即循环伏安图。从伏安图的波形、氧化还原电流的数值及
超级电容器的分类与优缺点分析 摘要：电容器是储存电荷的常用电子器件，在许多电子设备中得到了广泛的运用。由于新时期行业技术的迅速发展，早期的电路结构逐渐被更复杂的电路形式取代，普通的电容器已经满足不了电路运行的需要。为了达到高负荷或超负荷电路运行的需要，国内开始推广使用超级电容器，这种器件在性能上比传统电容器更加优越。文中阐述了电容器的原理、基本功能、优缺点等。 常规电容仅能满足结构简单、负荷较小的电路运行要求，对于大负荷的电路运行则难以起到储存电荷的效果。近年来，超级电容器的推广应用有效地解决了大负荷电路运行的难题，保证了电力电子设备使用性能的正常发挥。 1 超级电容器原理与应用 超级电容器实际上属于电化学元件，引起电荷或电能储存流程可相互逆转，其循环充电的次数达到10万次。凭借多个方面的性能优势，超级电容器的应用范围逐渐扩大，掌握该装置的原理有助于正常的操作使用。 1.1 超级电容器的原理 "双电层原理"是超级电容器的核心，这是由该装置的双电层结构决定的。超级电容器是利用双电层原理的电容器。当外加电压作用于普通电容器的两个极板时，装置存储电荷的原理是一样的，即正电极与正电荷对应、负电极与负电荷对应。而超级电容器除了这些功能外，若其受到电场作用则会在电解液、电极之间产生相反的电荷，此时正电荷、负电荷分别处于不同的接触面，这种条件下的负荷分布则属于"双电层",原理如图1.因电容器结构组合上的改进，超级电容器的电容储存量极大。此外，如果超级电容器两极板间电势小于电解液的标准电位时，超级电容器则是正常的工作状态，相反则不正常。根据超级电容器原理，其在运用过程中并没有出现化学反应，仅仅是在物理性质上的变化，因而超级电容器的稳定性更加可靠。
超级电容器发展现状及发展前景分析 超级电容器研究国世界分布图 超级电容器在新能源领域并不是一个陌生的名词。实际上，超级电容器已在该领域历经了几十年的坎坷，虽然它的应用形式同电池不同，但在实际应用上却总被电池取代，此外还面临成本高、技术难度大的劣势。然而，超级电容器在技术上一旦取得突破，将可对新能源产业的发展产生极大的推动力。因此，尽管研发过程困难重重，但攻克它的意义却很重大。 超级电容器的尴尬现状 超级电容器从诞生到现在，已经历了三十多年的发展历程。目前，微型超级电容器在小型机械设备上得到广泛应用，例如电脑内存系统、照相机、音频设备和间歇性用电的辅助设施。而大尺寸的柱状超级电容器则多被用于汽车领域和自然能源采集上，并可预见在该两大领域的未来市场上，超级电容器有着巨大的发展潜力。
超级电容器“全家福” 使用寿命久、环境适应力强、高充放电效率、高能量密度，这是超级电容器的四大显著特点，这也使它成为当今世界最值得研究的课题之一。目前，超级电容器的主要研究国为中、日、韩、法、德、加、美。从制造规模和技术水平来看，亚洲暂时领先。 然而，超级电容器的研发工作一直笼罩在电池(主要为镍氢电池、锂电池)的阴影之下。镍氢电池和锂电池的开发因为可以获得来自政府和大投资商的巨额资金支持，技术交流获得极大推动，也更容易聚焦全世界的目光。相比之下，超级电容器却很难得到雄厚的资金支持，技术的进步和发展也就受到很大程度地制约。另外，超级电容器成本高、能量密度低的现状也与锂电池形成鲜明对比，这使它在很多领域备受冷落。 先驱EEStor公司勇于挑战却惨遭败北 尽管超级电容器已发展多年，但实际生产厂家的数量却少得可怜。一部分厂商面对超级电容器技术上发育不完全的现状，不敢轻易投资，采取观望策略，期待市场能出现一个涉足此领域并获得成功的例子。另外一部分厂商则坚信，只要超级电容器的生产成本实现大幅下降，仅以当前它的快速充放电特性，就可实现快速普及。美国超级电容器生产商EEStor就属于后者。 上世纪90年代，美国超级电容器生产商EEStor为改变超级电容器的市场现状，曾用好几年的时间将大量财力物力投向如何提高超级电容能量密度的研发上，期望能通过自身技术让超级电容器在生产和应用方面上升到一个新的台阶。 当时，EEStor争取到了巨额的研发资金，还与电动汽车电机提供商ZENN公司达成了战略合作。然而，多名参与此项研究的科学家最后得出了令人遗憾的结论：我们很想打破超级电容器的市场僵局，但现有技术无法实现这一目标。世界超级电容器先驱之一——EEStor，在领域内建立的里程碑式研发项目最终以失败告终。
聚焦超级电容选型与应用 上网时间：2010-05-27 作者：Zoro 来源：电子元件技术网 超级电容和电池都是能量的存储载体，但二者有不同的特点。超级电容通过介质分离正负电荷的方式储存能量，是物理方法储能，电池是通过化学反应的方法来储能。超级电容充放电次数可达百万次，而电池只有1000次，显然超级电容寿命要远大于电池，降低维护成本且有利于环保。 超级电容充放电速度快，能够在机车启动时提供能量，刹车时捕获能量，因为超级电容充放电的时间在1秒左右，正好与机车刹车或启动的时间匹配。其他设备比如风力发电中，风轮机变桨的时候要提供能量也是在这个时间段。而电池的充放电大概在1小时到10个小时左右，而传统用于滤波的电容，充放电为0.03秒。 超级电容放电速度快，而且容量大，能够瞬间释放巨大的能量，能够用作备用电源，在系统突然断电时，在极短时间内为系统提供能量。超级电容也可以用作发动机或动力电池的辅助，提高发动机的运行效率和能量利用效率。在系统启动时，超级电容将捕获的能量释放，满足峰值功率要求，从而减轻电池或发动机的负担。 除此之外，超级电容还能用于自动抄表系统中的智能电表（水表，燃气表）、相机闪光灯、混合动力汽车。超级电容节能、环保、高效的特点迎合了当下节能减碳的设计诉求。本期半月谈聚焦超级电容，通过以下三个方面介绍超级电容：
超级电容器基本原理及性能特点 超级电容属于双电层电容器，它是世界上已投入量产的双电层电容器中容量最大的一种，其基本原理和其它种类的双电层电容器一样，都是利用活性炭多孔电极和电解质组成的双电层结构获得超大的容量。 超级电容与电池的比较 相对铅酸电池、镍镉电池、锂离子电池，超级电容具有节能、超长使用寿命、安全、环保、宽温度范围、充电快速、无需人工维护等优点。本文通过图表来对比各种不同储能产品的特点。 超级电容的典型应用与选型 超级电容容量大，充放电速度快，而且充放电循环可达百万次，非常适合用作备用电源和提供峰值功率。本文介绍超级电容的工作原理，并着重介绍在集装箱龙门吊车和智能电表上的应用。