“超級電容”將成為推薦目錄中繼動力電池之后又一重要動力系統，2017年1-4批推薦目錄中已有6家企業13款客車搭載了超級電容，其中不乏鄭州宇通、中通客車、廈門金旅等領頭羊，而超級電容和新能源汽車究竟有什么關系呢？

什么是超級電容器

超級電容器結構圖

超級電容器（Supercapacitors，ultracapacitor），是從上世紀七、八十年代發展起來的通過極化電解質來儲能的一種電化學元件。它不同于傳統的化學電源，是一種介于傳統電容器與電池之間、具有特殊性能的電源，主要依靠雙電層和氧化還原贗電容電荷儲存電能。但在其儲能的過程并不發生化學反應，這種儲能過程是可逆的，也正因為此超級電容器可以反復充放電數十萬次。其基本原理和其它種類的雙電層電容器一樣，都是利用活性炭多孔電極和電解質組成的雙電層結構獲得超大的容量。

突出優點是功率密度高、充放電時間短、循環壽命長、工作溫度范圍寬，是世界上已投入量產的雙電層電容器中容量最大的一種。

于新能源客車的應用

新能源客車是公共交通工具的主體，在新能源客車領域，超級電容器最為廣泛的應用于城市混合動力客車制動能量回收系統。由超級電容器模塊組成的制動能量回收系統能夠吸收并存儲車輛在制動時產生的全部動能，當客車啟動或加速時將這些能量釋放出來，從而使車輛節省油耗，減少排放。

國家863計劃“節能與新能源汽車”重大項目監理咨詢專家組組長王秉剛表示，超級電容器的功率密度較大，具有快充快放特性，作為混合動力客車的一種技術路線，超級電容器非常適合城市公交車的示范運行。

從整個技術體系發展來說，儲能器件存在能量密度和功率密度兩方特性的博弈，通常能量密度特性好，功率密度特性就差些。常規鋰電池能量好，功率差，適合長時間的輸出；而超級電容功率好，適合短時間高功率的輸出。

此外，超級電容應用溫度范圍廣，以數碼設備為例，人們在東北地區-10℃以下的露天環境，發現手機很快就沒有電了，這是由電池的溫度特性決定，但是超級電容的耐低溫性能非常好。

2016年初，國家在三元鋰電應用到公共交通工具時，就特別明確了安全問題。從電化學體系來講，超級電容產品內部沒有活潑的金屬離子，熱透性好，無論是從熱失控還是穿刺、燃燒方面的安全性能都相對比較高，在公共交通領域比較適合。

值得關注的是，超級電容的壽命長，家用汽車電池的壽命普遍在兩三年左右，超級電容則不存在這個問題，甚至超過汽車的壽命。據了解，宇通客車首批在2009年采用超級電容體系的新能源公交車將于2016年底完成了8年的營運使命。

尷尬中求發展

超級電容器的研發工作一直籠罩在電池（主要為鎳氫電池、鋰電池）的陰影之下。鎳氫電池和鋰電池的開發因為可以獲得來自政府和大投資商的巨額資金支持，技術交流獲得極大推動，也更容易聚焦全世界的目光。相比之下，超級電容器卻很難得到雄厚的資金支持，技術的進步和發展也就受到很大程度地制約。另外，超級電容器成本高、能量密度低的現狀也與鋰電池形成鮮明對比，這使它在很多領域備受冷落，在實際應用上卻總被電池取代。然而，超級電容器在技術上一旦取得突破，將可對新能源產業的發展產生極大的推動力。

同時值得慶幸的是，2016年12月份由我國超級電容領域50多家單位聯合發起的“中國超級電容產業聯盟”正式成立。據了解，中國超級電容產業聯盟將在主管部門支持下，為所有致力于超級電容和相關電源的政府部門、企業、高校、科研單位提供一個共同議事，共同發展的平臺，勢必推動我國超級電容產業發展。

超級電容器優缺點

優點：（1）充電速度快，充電10秒～10分鐘可達到其額定容量的95%以上；

（2）循環使用壽命長，深度充放電循環使用次數可達1~50萬次，沒有“記憶效應”；

（3）大電流放電能力超強，能量轉換效率高，過程損失小，大電流能量循環效率≥90%；

（4）功率密度高，可達300W/KG~5000W/KG，相當于電池的5~10倍；

（5）產品原材料構成、生產、使用、儲存以及拆解過程均沒有污染，是理想的綠色環保電源；

（6）充放電線路簡單，無需充電電池那樣的充電電路，安全系數高，長期使用免維護；

（7）超低溫特性好，溫度范圍寬-40℃～+70℃；

（8）檢測方便，剩余電量可直接讀出；

（9）容量范圍通常0.1F–1000F。

缺點：（1）如果使用不當會造成電解質泄漏等現象；

（2）和鋁電解電容器相比，它內阻較大，因而不可以用于交流電路；

發展與機遇

目前，國內超級電容生產企業集中度較高。一部分廠商面對超級電容器技術上發育不完全的現狀，不敢輕易投資，采取觀望策略，期待市場能出現一個涉足此領域并獲得成功的例子。另外一部分廠商則堅信，只要超級電容器的生產成本實現大幅下降，僅以當前它的快速充放電特性，就可實現快速普及。

在汽車工業中，隨著碳排放的嚴格控制，碳積分政策的迅速推進，智能啟停控制系統的應用為超級電容器提供了廣闊的舞臺，在插電式混合動力汽車上的表現尤為突出。

由于電動汽車頻繁啟動和停車，使得蓄電池的放電過程變化很大。在正常行駛時，電動汽車從蓄電池中汲取的平均功率相當低，而加速和爬坡時的峰值又相當高。在現有的電動汽車電池技術條件下，蓄電池必須在比能量和比功率以及比功率和循環壽命之間做出平衡，而難以在一套能源系統上同時追求高比能量、高比功率和長壽命。為了解決電動汽車續駛里程與加速爬坡性能之間的矛盾，可以考慮采用兩套能源系統，其中由主能源提高最佳的續駛里程，而由輔助能源在加速和爬坡時提供短時的輔助動力。輔助能源系統的能量可以直接取自主能源，也可以在電動汽車剎車或下坡時回收可再生的動能，選用超級電容做輔助能。短期內，超級電容極低的比能量使其不可能被單獨用作電動汽車能源系統，但用做輔助能量源具有顯著優點。在電動汽車上使用的最佳組合為電池-超級電容混合能量系統，對電池的比能量和比功率要求分開。超級電容具有負載均衡作用，電池的放電電流減少使用電池的可利用能量、使用壽命得到顯著提高；與電池相比，超級電容可以迅速高效地吸收電動汽車制動產生的再生動能。超級電容的早和均衡和能量回收作用使車輛的續駛里程得到極大的提高。但系統要對電池、超級電容、電動機和功率逆變器等做綜合控制和優化匹配，功率變換器及其控制器的設計應用充分考慮電動機和超級電容之間的匹配。

從目前各廠商的產品來看，超級電容器企業在轉型發展的風口浪尖，雖然在風電方面有無法取代的地位，但在新能源行業卻缺少企業支撐，而未來隨著市場的不斷細分，行業技術的不斷成熟，各車企在面臨雙積分和排放量的壓力下，超級電容器的應用將會迎來市場的新爆發點。