浅析超级电容器的应用及发展趋势

丰骏 朱云松 丁晓峰

摘 要：超级电容器是20世纪60年代发展起来的一种新型储能器件，它充电速度快、使用寿命长、低温性能优越、功率密度大等优势吸引着工程师们的兴趣。因此，要加强超级电容器的研究，以应对石化燃料短缺、温室效应和日益严重的环境污染问题，满足各个领域的需求。本文对超级电容器的分类、特点、应用现状和面临的问题进行简要论述，并展望超级电容器未来广阔的发展趋势。

关键词：超级电容器；应用；发展趋势

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.24.154

超级电容器 （Super Capacitor），也被称为电化学容器（Electrochemical Capacitor.EC），是一种进行快速储存和释放电能的装置。其单个电容器耐压大多为2.5V、2.7V，最新的技术可以达到3V，虽然耐压低于普通电容器，但电容量却大大超过普通电容器，从几十法拉到几千法拉。近几年来，超级电容器展示出在应用方面强大的生命力，它的发展也持续推陈出新，技术水平不断提高，吸引着世界各国的瞩目。

1 超级电容器的主要分类及特点

超级电容器以储能机理为依据进行分类，主要分为双电层电容器和赝电容器。前者主要是因为电极表面及电解液离子之间的相互吸附作用，进而形成了界面双电层电容用于储能能量[1]。后者又称法拉第赝电容，是以法拉第过程为基础的。在电极表面或电极内部，利用电极活性物质引发电化学反应，进而产生同电极充电电位相关的电容[2]进行能量储存。

相对于其他电容器，超级电容器主要有以下几大特点：（1）功率密度高，为电池的几十倍。（2）充电速度快，在不超过数分钟就能够快速完成充电。（3）放电能力强，能量转换效率高，循環过程能量损失小。（4）使用寿命长，充放电过程具有良好的可逆性，电极材料比较稳定。（5）温度工作性能强大，它的容量随温度衰减低，在-40～70℃都可正常使用。（6）安全系数高，充放电线路简单，免维护。（7）环保无污染，产品的各个过程都无污染，节约能源，绿色环保。

2 超级电容器的应用

（1）交通运输。超级电容器在轨道交通、新能源汽车、太阳能路灯、启停系统等交通方面的应用，从根本上解决了蓄能电池循环寿命短、污染环境、工作性能差等问题，有效减少车辆油耗，降低排放，充分发挥制动能量回收和稳定电压的作用。

（2）可再生能源。风能、潮汐能、生物质能、太阳能等可再生能源与储能技术的结合，提高利用率和储存量。例如，在风力发电中，超级电容器凭借其功率密度大的优势，为风力控制系统提供较大的输出功率，快速感应风力变化。而且其免维修、温度性能好的优势，降低了对储能系统的维修成本。

（3）工业应用。在工业方面的应用主要有工业机械、智能仪表、应急电源等，比如说炼钢厂的高炉冷却水因为必须持续供应，所以水泵应急电源是必不可少的，当突然停电断电时，超级电容器会迅速提供极高的输出功率帮助发电机快速启动，来保证工业生产的稳定性。

（4）军事领域。激光探测仪、重型卡车、坦克、雷达、舰载速射炮等对储能系统的期望极大，应用超级电容器，实现高功率输出和快速充电。超级电容器是一个极佳的电源。

3 超级电容器目前正在面临的问题

（1）自身技术不过硬。当前，在电能存储这一方面，超级电容器与电池之间的差距不可忽视，其额定电压低，能量密度、分离器稳定性有待突破。通过改进制作工艺与技术、寻找其核心组成材料的方式，都可以有效提高单位体积内的储能密度，如模组化设计、石墨烯材料应用。为了提升超级电容器自身技术，需要一些高新技术的开发和应用。

（2）行业标准不一致。任何一个产品的健康发展都脱离不了行业及市场的严格监管。制定统一的行业标准，为超级电容器行业创建基准线，是推动该领域健康、快速、可持续发展的基本前提。目前国内还没有超级电容器产品的统一标准，但该问题已经引起国家重视，自2016年，相关组织以及规范了部分产品的行业标准，并在不断完善中[3]。

4 超级电容器的发展趋势

（1）满足社会需求，推动产业发展。电子工业的快速发展，对高容量、便携带的电源需求愈加紧迫。这些社会需求在一定程度上推动了超级电容器产业的迅猛发展，市场前景十分广阔。另外，世界对能源消耗和环境保护的关注度越来越高，渴望获得更多的清洁能源加以利用，新能源的出现和节能技术的规模化应用，使得超级电容器拓展了更大的应用领域。

（2）提高产品性能，降低生产成本。提高超级电容器自身技术，除了改进制作工艺与技术，寻找稳定有效的电极、电解液材料以提高性能，同时降低成本也是该研究领域的热点。例如选用廉价的天然矿产资源应用于超级电容器，从而达到提高产品自身性能的同时，有效地降低生产成本。这也将会是该产品未来发展的主方向和战略目标。

（3）加强技术研发，开发超级电池。相对于超级电容器，在能量密度、倍率性能、寿命时间、生产成本等方面，目前开发的超级电池呈现出更明显的优势。美国斯坦福大学戴宏杰教授做出的开创性工作，为铝离子电池的研究领域做出巨大贡献。加强技术研发，寻找廉价的电解质，提高正极比容量，开发超级电池无疑是一个很好的选择。

（4）重视基础科研，优选产业方向。虽然我国超级电容器产业的发展速度快，但是发展时间较短，在核心技术上没有稳定的基础。我国超级电容器行业在国际竞争处于劣势，基于此现状，政府和企业需加大投资力度，加强基础性科学研究，提高创新水平，专注核心技术的突破，选择合适的产业方向，提升竞争力。

5 结束语

不遗余力地对超级电容器进行研究和开发，有序推动其规模化应用，促进达到其更轻、供电能力更强的目标，激发市场潜能，实现其在电力、国防、通信、交通运输、工业控制等各个领域的应用价值，为人们生活创造更多的便利。

参考文献：

[1]余丽丽，朱俊杰，赵景泰.超级电容器的现状及发展趋势[J].自然杂志，2015，37（03）：188-196.

[2]王超，苏伟，钟国彬，魏增福，徐凯琪.超级电容器及其在新能源领域的应用[J].广东电力，2015，28（12）：46-52.

[3]王钊，赵智博，关士友.超级电容器的应用现状及发展趋势[J].江苏科技信息，2016（27）：69-71.