超級(jí)電容器是上世紀(jì)80年代后發(fā)展起來的新型儲(chǔ)能器件，在歐洲、美國(guó)、日本已經(jīng)開始形成新興的產(chǎn)業(yè)。

　　一、國(guó)外研發(fā)情況

　　從1990年開始，世界各國(guó)開始成立專門機(jī)構(gòu)開發(fā)和生產(chǎn)超級(jí)電容器，目前，在該技術(shù)領(lǐng)域中處于領(lǐng)先地位的國(guó)家有俄羅斯、日本、德國(guó)和美國(guó)，這些發(fā)達(dá)國(guó)家已把超級(jí)電容器項(xiàng)目作為國(guó)家重點(diǎn)研究和開發(fā)項(xiàng)目，并提出了近期和中長(zhǎng)期發(fā)展計(jì)劃。在超級(jí)電容器的實(shí)用性方面，俄羅斯走在世界的前列。

　　二、國(guó)內(nèi)研發(fā)情況

　　我國(guó)從九十年代開始研制超級(jí)雙電層電容器，與國(guó)外先進(jìn)水平還有一定的差距。據(jù)有關(guān)資料表明，國(guó)內(nèi)有些單位已經(jīng)研制出比能量為10Wh/kg、比功率為600W/kg的高能量型及比能量為5Wh/kg、比功率為2500W/kg的高功率型超級(jí)電容器樣品，循環(huán)使用次數(shù)可達(dá)50,000次以上。性能指標(biāo)已經(jīng)達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平，成本較國(guó)際平均價(jià)格有大幅度下降，初步具備應(yīng)用水平。我們相信，在創(chuàng)新精神的鼓勵(lì)下，我國(guó)超級(jí)電容將很快趕上、超過世界先進(jìn)水平。

　　1.具有超高電容量(0.1F～5000F)

　　2.比同體積電解電容容量大2000～6000倍

　　3.阻抗很低LOW ESR

　　4.有超長(zhǎng)壽命，充放電大于40萬次

　　5.單體電壓：2.3V、2.5V、2.7V

　　6.釋能密度(Power Density)是鋰離子電池的數(shù)十倍以上

　　7.與同體積的電池相比，電容電池具有10倍以上的功率密度和100倍以上的充放電速率

　　8.與蓄電池相比，有更寬的工作溫度范圍，無污染，免維護(hù) （工作溫度一般在-20℃～+70℃，儲(chǔ)存溫度在-40℃～+70℃范圍內(nèi)）

　　法拉電容是利用電子導(dǎo)體活性炭與離子導(dǎo)體有機(jī)或無機(jī)電解液 之間形成感應(yīng)雙電荷層原理制成的電容器，體積小、容量大、電壓記憶特性好、可靠性高。

　　電容電池之所以叫超級(jí)電容，是因?yàn)殡娙蓦姵氐娜葜刀际欠ɡ?jí)的，且可以很快提供一個(gè)充放電，這是傳統(tǒng)的電容或者電池做不到的。下面介紹了各種產(chǎn)品不同的應(yīng)用范圍，橫坐標(biāo)是能流密度，縱坐標(biāo)是能量密度，從中可以看到哪個(gè)地方是電池的應(yīng)用范圍，哪個(gè)地方是傳統(tǒng)電容的應(yīng)用范圍，哪一塊是電容電池的應(yīng)用范圍。

　　圖1. 電容電池和其他儲(chǔ)能技術(shù)的比較

　　我們知道電池的充放電大概在1小時(shí)到10個(gè)小時(shí)左右，而傳統(tǒng)電容是作為濾波使用的，充放電是在0.03秒，但是電容電池就在1秒左右，基本上是從0.1秒到10秒，這正是汽車比如剎車起動(dòng)的時(shí)候要用的，當(dāng)然任何的設(shè)備比如風(fēng)能變槳系統(tǒng)，變槳的時(shí)候要提供能量也是在這個(gè)時(shí)間段。電容電池的能流密度和能量密度都非常高。電容電池是用物理的方法儲(chǔ)能，電池是用化學(xué)反應(yīng)的方法來儲(chǔ)能，所以電池的反應(yīng)時(shí)間會(huì)很長(zhǎng)，電容電池可以快速的充放電，這是它的根本原因，也是電容電池的性能優(yōu)勢(shì)之所在。

　　傳統(tǒng)的儲(chǔ)能系統(tǒng)是使用鉛酸電池。以風(fēng)力發(fā)電為例，有風(fēng)時(shí)由風(fēng)力發(fā)電機(jī)發(fā)電，無風(fēng)時(shí)由儲(chǔ)能系統(tǒng)供電。當(dāng)電源斷開進(jìn)行切換時(shí)，鉛酸電池需要十幾秒的反應(yīng)時(shí)間。這時(shí)便可由電容電池進(jìn)行輔助。由于電容電池是將電荷儲(chǔ)存起來，可以快速的補(bǔ)充和釋放，而電池則需要經(jīng)過化學(xué)反應(yīng)的方式進(jìn)行充放電。在這十幾秒的時(shí)間里，電容電池可以提供短時(shí)間的能量，保證電源穩(wěn)定。電容電池可以工作在在-40℃~65℃之間，可以覆蓋PC -20℃~60℃的工作溫度范圍和電池0℃~50℃的工作溫度。電容電池是功率密集元件，但放電時(shí)間較短，電池是能量密集型元件，放電時(shí)間較長(zhǎng)。

　　圖2.電容電池與電池的充放電次數(shù)比較

　　電容電池的應(yīng)用主要是用作備用電源和提供峰值功率。電容電池用作備用電源時(shí)，具有高可靠性、免維護(hù)、長(zhǎng)壽命和寬工作溫度范圍的特點(diǎn)。由于電容電池能夠進(jìn)行高功率的充放電，所以可以將火車，城市輕軌的剎車能量?jī)?chǔ)存起來，加速時(shí)提供峰值功率，或者可以在吊車起吊時(shí)，電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)提供峰值功率。

　　圖3.電容電池與電池的儲(chǔ)能原理比較

　　如上圖3所示，電容電池和電池在儲(chǔ)能原理上最大的不同在于電容電池利用的是物理的儲(chǔ)能方式而電池利用的是化學(xué)的儲(chǔ)能方式。同時(shí)，電容電池和電池的儲(chǔ)能的決定因素也不同。

　　圖4.電容電池與鋰離子電池比較

　　電容電池器是功率密集元件(>10kW/L)而鋰離子電池是能量密集元件 (~200 Wh/L)。

　　圖5.電池電壓隨電池能量的變化

　　圖6.電容電池器的放電特性