超级电容加速落地储能与汽车应用，国内产业链进展如何

电子发烧友网报道（文/李宁远）不同的电压等级和不同容值下，有很多种电容的细分类别，从小容值到大容值大致上分为陶瓷电容、薄膜电容、铝电解电容。而在超高容值范围里还有目前商业化推进如火如荼的双电层电容，也就是我们常说的超级电容。
 
超级电容是一种正在铺开应用的储能装置，是一种介于电容和电池之间的特殊电容，既有着电容的特性又有着电池的特性，具备辅助峰值功率、备用电源、存储再生能量、替代电源等用途。
 
储能＋汽车，超级电容与下游应用相辅相成
 
超级电容从概念兴起到现在开始在各行各业取得应用，已经被人们所熟知。尤其是近几年，很多超级电容项目开始规模化落地。目前主流应用以双电层电容器为主，双电层电容类似于传统电容，在电场作用下产生的极化电荷可以产生电容效应，同时又由于紧密的电荷层间距比普通电容电荷层间的距离小得多，因而具有比普通电容更大的容量。
 
除了主流应用的双电层电容，超级电容还有还有法拉第准电容器以及锂离子超容两种类型，锂离子超容能显著提高器件工作电压，法拉第准电容器则更像传统电池能对能量进行存储和转换。
 
在超级电容的下游应用涉及储能、工业、交通运输、消费电子等诸多场景，但目前最火热的无疑是储能和交通运输两个场景。根据公开资料，新能源和交通运输两大应用领域共占据了超级电容需求的72.7%，其中新能源应用为41.3%，交通运输为31.4%。
 
储能是超级电容应用的大方向，特别是功率型储能，去年电网调频、混合储能等超级电容项目开始密集落地，超级电容的高功率、高可靠、环保特性优势被充分发挥了出来。混合储能系统需要有调频功能，减少电力系统常规机组的调频压力。这意味着在输配电侧、用电侧都需要使用功率型储能器件提供短时、高功率的峰值脉冲。在发电侧中超级电容作为短时储能装置抑制入网时带来的功率波动影响；和锂离子电池组成混合储能系统进行调峰、调频模式切换。在输配电侧中超级电容用于变电站调频，在配电终端后备电源，当电网发生大波动时超级电容也能在瞬时时间内进行调频。而且超级电容作为备用电源在紧急情况下解决用电问题也是不错的选择。
 
车辆交通应用是超级电容下游应用第二大市场，车用超级电容一直备受期待，相关产品热度很高。虽然超级电容的能量密度不到锂电池的5%不适合在电压等级越来越高的系统里作为主电源，但是超级电容在低压系统做主电源或是在高电压等级系统里作为辅助电源都大有可为。汽车12V电气系统的主电源已经有不少用超级电容替代铅蓄电池的案例，实现汽车高功率启动的同时还能回收制动能量。根据Frost&Sullivan调研数据，超级电容在汽车启停上的应用可以帮助节省燃料1%—5%，减少污染排放30%—40%。
 
汽车48V系统现在受到热捧，是下一步汽车电气平台升级的方向，超级电容在48V系统中用作线控电源的需求也开始增加，48V系统中超级电容极高的功率密度和快速的响应速度能够大大增加线控系统的可靠性。
 
超级电容技术水平的逐步完善以及商业化落地的迅速推进和下游应用的政策支持相辅相成，发展平稳并逐渐开始加速。
 
国内超级电容器进展如何？
 
从市场规模来看，根据Markets and Research报告，2022年全球超级电容器市场达到44亿美元，预计到2028年将达到152亿美元，其间的复合年增长率为22.95%。在中游的超级电容器成品市场，Maxwell是市场占有率最高的，此外一些知名的国外厂商还包括松下、NEC Tokin、NessCap等，国内的宁波中车、上海奥威科技、江海股份、凯美能源等厂商的超级电容器产品也都相当不错，其中宁波中车的市占率在国内非常高。
 
宁波中车的超级电容产品目前有单体产品和模组产品两大类，还专门为具体应用做了整体解决方案。其中超级电容单体产品最大容量60000F，覆盖多种电压等级。超级电容模组由单体经串联、并联或混联后组成，目前较为常用的包括16V模组、48V模组、80V模组等。

超级电容单体系列，宁波中车

 
上海奥威科技的超级电容技术路线多样，旗下UCK系列有机混合型超级电容器、UCR系列有机对称型超级电容器等产品均实现了量产，在国内交通运输领域有很多应用。其中UCK系列最高容量开发至28000F，亮点在于能量密度非常高，最高可达到120Wh/kg。
 

 
UCK系列，奥威科技

 
江海股份布局了双电层超级电容和锂离子超级电容，双电层超级电容产品在智能三表、物联网、风电变桨后备电源和汽车启停领域获得了广泛应用，锂离子超级电容凭借高能量密度在机器人、轨道交通领域也应用不少。目前单体超级电容在16000F。
 

 
锂离子超级电容，江海股份

 
凯美能源在超级电容器产品有十大系列、十七种类型，型号很全，年产量达2.5亿只，尤其是旗下的卷绕单体超级电容，最高容值3000F，但有着行业领先的电压保持特性，可靠性很高。
 
决定超级电容性能的核心原材料
 
不同于追求工艺、迭代快速的主动元器件，电容这类被动元件生产工艺相对简单，但是格外看重材料的性能，优质的上游材料是被动元件优质性能的基础。在超级电容这个行业，最关键的，还是材料。电极、隔膜和电解液是决定超级电容性能的核心原材料。其中又以电极材料占比最高（40%-50%），超级电容的功率与能量密度很大程度上受限于电极材料。
 
隔膜目前基本上还都是日本进口，国内企业刚刚起步，凯恩股份、柔创纳米这些目前正在测试阶段。电解液国内实力很强，国内的新宙邦是全球最大的电解液供应商，国内外超级电容厂商基本都是其下游。
 
电极材料这个领域，有走碳材料、过渡金属氧化物、导电聚合物、复合材料几种路线。最成熟的还是碳材料，也就是活性炭、碳纳米管、石墨烯。碳材料上目前最强势的是日本可乐丽，几乎垄断了高端硬碳和活性炭。国内则有元力股份、美锦能源、大潮炭能、北海星石在碳材料上做突破。
 
国内超级电容产业想要突破瓶颈，一定会在高能量、低成本电极材料上下苦功。近年来国内也加大了对超级电容电极、电解质材料及其制备技术的研究力度，推进超级电容原材料国产化。去年美锦能源的超级电容炭项目10吨/年中试线已建成投产，并且已经与宁波中车、上海奥威和锦州凯美这些国内超级电容头部厂商达成了供货意向，大大推进了原材料国产化。
 
写在最后
 
储能和汽车应用的火热大大加速了超级电容的发展，扩大了不少市场需求，加速了超级电容的商业化落地。与此同时，超级电容在工业设备、消费电子等不同场景里也都有着非常广阔的发展前景，并已经有相关应用落地实现。在整个产业链的通力合作下，超级电容器的发展有望进一步加速。