超级电容器行业市场分析与技术现状研究

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3期

2009年

9月机电元件

ELECTROMECHANICALCOMPONENTSVol1

29No1

3

Sep1

2009 

收稿日期

:2009-08-25研究与设计

超级电容器行业市场分析与技术现状研究

胡 晓

(电子科技大学

,四川 成都 

611731)

摘要

:随着社会经济的发展

,人们对能源功率和能源效率的要求越来越高

,对生态环境也越来越关注。目

前国家对超级电容器产业的政策趋于明朗

,扶持力度不断加大

,而超级电容器技术进步也越来越快

,产业化成

功案例越来越多。超级电容器市场也已明显升温

,正从低端市场逐步向中、高端市场迈进

,超级电容器势必成

为电池能源业的一颗新星。本文通过对多家相关企业进行实地调查

,并对其技术工艺、生产流程、投资规模、

产值利润等关键参数进行了统计分析。本文不仅对国内从事电池能源业的中小型企业进军超级电容器领域

,改

进超级电容器生产技术

,把握超级电容器市场动向有着指导作用

,对国家规范和优化超级电容器行业市场也有

借鉴意义。

关键词

:超级电容器

,双电层电容器

,新型储能元件

,锂离子电池

中图分类号

:TM58 文献标识码

:A 文章编号

:1000-6133(

2009)

03-0017-10

1 引 言

超级电容器作为一种新型的储能器件以其大容

量、高功率密度、强充放电能力、长循环寿命、使用温

度范围宽、无污染等许多显著优势在很多领域有着

极为广阔的应用前景。本文从详实的数据入手将超

级电容器行业市场与技术现状综合起来

,进行了全

面深入的研究并对其发展作出了科学的预测。同

,本文还基于当前国内的实情对产业技术中存在

的漏洞提出了较好的解决方案

,对技术的改进及产

业的优化给出了合理的建议

,并预见性的提出将锂

离子电池技术与超级电容器技术结合起来研究推广

的新思路。本文不仅对国内从事电池能源业的中小

型企业进军超级电容器领域

,改进超级电容器生产

技术

,把握超级电容器市场动向有着较强的指导作

,对国家规范和优化超级电容器行业市场也有借

鉴意义。

2 超级电容器简介21

1 超级电容器结构及工作原理

超级电容器又称超大容量电容器、电化学电容

器或双电层电容器(英文名称为

EDLC,即

Electric

DoubleLayerCapacitors)

,是一种介于电池与普通电

容之间兼备二者特点的新型储能器件。

电容器不同于电池

,在充放电时不发生化学反

,电能的储存或释放是通过静电场建立的物理过

程来完成的

,电极和电解液几乎不会老化

,因此使用

寿命长

,并且可以实现快速充电和快速大电流放电。

但原有的电容器的容量只能达到微法的数量级

,能

存储的能量极小

,只能作为电子设备中的滤波、交流

耦合器件、振荡电路元件等。而超级电容器储存电

荷的能力比普通电容器高出了近

3~

4个数量级

,这

也是其被称为“超级”的理由。

大容量使超级电容器能像传统电池一样储存能

,并具有普通电容器充放电速度快、效率高、对环

境无污染、循环寿命长、使用温度范围宽、安全性高

等特点。

21

11

1 

超级电容器的结构超级电容器主要由电极、电解质、隔膜、端板、引

线和封装材料组成

,其结构与电解电容器非常相似

,

它们的主要区别在于电极材料。超级电容器多孔化电极一般采用高比表面积活性炭粉或活性炭纤维

,

电解液则多采用有机电解质

,如丙烯碳酸脂或高氯

酸四乙氨。

1 

超级电容器和电解电容器的主要结构

21

11

2 超级电容器的工作原理

当外加电压加到两个极板上时

,与普通电容器

一样

,超级电容器正负极板会分别产生正负电荷

,在

两极板电荷产生的电场作用下

,电解液中的电荷会

重新分布

,并在与电极的接触界面上形成以极短间

隙排列在相反位置上的相反电荷

,以平衡电解液内

电场

,从而形成特殊的双电层电荷分布结构(

Double

Layer)。

而超级电容器是从多孔碳基电极材料得到其储

存电荷面积的

,它每克的表面积可高达

2000平方

米。而超级电容器中电荷分隔的距离是由电解质中

的离子大小决定的

,其值小于

10埃。巨大的表面积

加上电荷之间非常小的距离

,使得超级电容有很大

的电容量。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

:

C=[fε

4πδ]d

s

式中

为电解质的介电常数

是电极界面到离子

中心的距离

,s是电极界面的表面面积。

随着超级电容器放电

,正负极板上的电荷被外

电路泄放

,在电解液界面上的电荷相应减少

,所以充

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。

21

2 超级电容器的优势

超级电容器的特点决定了它相对其他储能装置

具有极强的优势。它不仅功率密度非常高

,储存电

荷的能力比普通电容器高得多

,并具有充放电速度

快、效率高、对环境无污染、循环寿命长、使用温度范

围宽、安全性高等特点。表

1 各种充电储能电池与超级电容器性能的比较

超级电容器铅酸蓄电池镉镍电池镍氢电池锂离子电池

燃料电池

充电时间

/h10秒~几分钟(极短)

4~

124~

1012~

363~

4—

重复充放电

/次

500000(半永久性)

400~

600400~

500>5001000>500

工作电流极高高高高中低

记忆效应无轻微有有很轻微轻微

自放电率

/%・月-1高

3%中

25%中

20%低

5-10%低

重量能量密度

/Wh・

g-1一般

4~

10

(最新已达

75)305060~

80100~

200>200

功率密度

/W・

kg-1>1000<1000>1000>1000>100035-1000

安全性优一般良良差差

环境零污染有污染基本无污染基本无污染基本无污染零污染81机电元件

2009年 21

3 超级电容器的应用前景

超级电容器无比的优越性决定了它在许多方面

都具有极其广阔的应用前景。主要有以下几个方

:

(

1)用于风力

,太阳能等发电的储能系统。新

型能源以其储量巨大和无污染等优势越来越受到人

们的青睐

,但限于自然资源自身特点的影响

,这些能

源也有着天生的缺陷

,它们大都具有间歇性和不可

控性

,易受气候和天气影响

,发电功率难以保证平

,而电力系统要求供需一致

,电能消耗和发电量相

,一旦这平衡遭到破坏

,轻则电能质量恶化

,造成

频率和电压不稳

,重则引发停电事故

,所以直接并网

可能会给电网运行带来严重影响。而超级电容器的

出现可以很好的解决这样的问题。它可以作为一种

缓冲器来存储能量

,当某个时间段内发电量大时

,电

网的电力需求却处于“低谷”时期

,此时可以利用超

级电容器来“削峰填谷”

,将“过剩”的电能储存起

,在电网负荷高峰期将电能平稳的释放出来。此

,这种储能技术还有助于大规模发展新能源离网

式发电。用户可将不稳定的、间断的电力储存起来

,

在需要的时候将电能平稳输出。新能源发电的前途

无可限量的

,而超级电容器也必定在这个领域有极

强的需求。

(

2)用于高能电脉冲技术设备或高能脉冲武器

等。如激光武器的启动需要瞬间高能供应

,几座城

市的电量甚至都无法满足其要求

,而超级电容器这

样的装置能够在平时积蓄能量

,并能在需要时瞬间

以极大电流放电

,这正好符合激光武器能量供应的

要求。

(

3)用作电动车辆的混合型能源。车辆在运行

过程中不同的场合对能量的需求有很大不同。在刹

车、启动、加速、减速、爬坡等时候需要供给电动机瞬时大电流

,而供能电池不能做到瞬间大电流的输出

,

不仅不能适应电动汽车的需要

,还会严重损害电池。

而超级电容器若与燃料电池、锂离子电池等能量供

给器件相结合便能很好的解决这一问题。它不仅能

在短时间产生极大的电流

,还能作为一个缓冲装置

保护电池使其不会因为经常性电流的大变化降低寿

命。另外它还能捕捉并储存下坡滑行过程中的动能

以及刹车和减速过程中减少的动能(而不是将其以

刹车器件发热和机械磨损的形式丢掉了)

,以便在

加速等时候使用。超级电容器能够实现电动车动力

系统性能的最优化。

除此之外

,超级电容器因其零污染的特点可被

用于很多对环保要求高的场合以替代铅蓄电池。超

级电容器快速充电的特性也被广泛应用在各种消费

电子中。

3 超级电容器行业市场分析

31

1 超级电容器的行业分析

超级电容器是能量储存领域的一项革命性发

,它改变的不只是电源本身

,在不久的将来必会对

电池能源业乃至整个经济结构产生巨大影响。

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

2 

07年、

08年全球超级电容产业规模(单位

:亿美元

)

年份纽扣型卷绕型和大型总规模同比增长

200710.234.84545%

200815.352.267.550%91 第

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