超级电容器：储能应用，未来可期
在当下经济与科技高速发展的新时代背景下，能源存储和供应是最重要的课题之一，能源的高效存储与转换已经成为了科技进步的重要推动力。随着全球对可持续发展、能源安全和环境保护的日益关注，新能源存储技术的发展变得越来越重要。其中，在众多储能技术中，超级电容作为一种高效、环保的能源存储技术，备受瞩目，成为了研究的热点和产业发展的重点。
超级电容器是介于普通电容器和电池之间的一种新型储能器件，凭借其安全性高、充放电速度快、循环寿命长等优点，在电动汽车、轨道交通、新能源发电、电力调频、电梯等领域展现出广阔的应用前景。目前产业发展属于应用快速发展阶段，超级电容器涉及能源电子、新型储能、绿色发展、新能源、双碳等多个国家大力扶持方向。超级电容在应用场景方面不局限单一方案，涉及多种电池、光伏等储能领域，目前结合应用需求正在快速进行技术创新及突破。在整个新型储能领域，产业化发展相对成熟，未来随着军民等市场需求，产业市场应用会突飞猛进，目前国内超级电容发展经过多年行业的努力，中国是最大的应用市场。
什么是超级电容器
储能技术按原理可分为物理储能和化学储能，按输出特性可分为能量型储能和功率型储能。超级电容器则是化学储能中具有优异的功率性能的技术类型。
超级电容器（Supercapacitor）是一种新型电化学储能器件，在充放电过程中，至少有一个电极表面不发生化学反应，仅出现带电粒子的吸附/脱附和电荷的传递。超级电容器具有较高的能量转化效率和较短的响应时间。同其他储能技术相比，超级电容器更适用于短时间高功率的应用场景。超级电容器产业链主要由上游材料、中游器件（包括单体、模组和系统）、下游应用组成（如下图所示）。目前，中国已经形成较为完整的超级电容产业链。
按照储能原理，超级电容器分为双电层超级电容器、混合型超级电容器、电池型超级电容器和赝电容超级电容器四类，其中双电层超级电容器是中国市场技术最成熟、应用最广泛、市场规模最高的超级电容器。
双电层超级电容器受储能原理的限制，能量密度较低，在对能量需求较高的领域无法实现大规模应用。混合型超级电容器和电池型超级电容器是近年发展起来的新型技术，兼具电池和超级电容器的特性。与双电层超级电容器相比，虽然混合型超级电容器和电池型超级电容器的功率密度和寿命有所降低，但能量密度得到显著提升。目前混合型超级电容器和电池型超级电容器已经开始商业化，并在一定领域内开始应用，最重要的代表产品为锂离子电容器，其主要使用活性炭和硬碳作为电极材料，通过预锂化等方式提升能量密度。单体工作电压 3.8～4.0V， 能量密度约为 40～130Wh/kg，多采用铝壳、钢壳、软包装的形式。
据超级电容产业联盟不完全统计，中国生产的混合型超级电容器和电池型超级电容器主要应用于电力、工程机械、船舶、城市公交车、轨道交通、光伏路灯等领域。
超级电容器行业概况
近年来，全球超级电容器市场呈现快速发展的态势。据超级电容产业联盟及相关机构数据统计，2022年全球超级电容器市场规模为40亿美元（以1美元≈7元人民币测算），约合人民币280亿元。而2023年全球超级电容器市场规模则达到53亿元美元，同比增长了32.50%，约合人民币371亿元[ 数据来源：IMARC Group等机构预测数据]，比2022年高3.47个百分点，市场规模保持快速增长趋势。
随着后疫情经济的逐步开放以及超级电容器市场的快速发展，中国现已成为亚太地区超级电容器市场发展最快的国家。2023年中国超级电容器市场规模（以器件为统计对象）占全球市场规模的39.80%，占亚太地区市场规模的81.23%。
根据超级电容产业联盟行业统计监测，2023年我国超级电容产业规模接近300亿元，达到299.78亿元，同比增长40.49%，产业迅速回升明显。
2017～2030年我国超级电容产业规模增长趋势
超级电容器的特性
超级电容器具有以下特点：
1.充放电速度快，功率密度高；
2.能量密度适当；
3.近似线性的充放电曲线，可较精确监测电容器状态，便于管理；
4.超长使用寿命（5万次～100万次）；
5.工作温度范围宽（-40℃～85℃），尤其适合恶劣工作环境的场景；
6.高安全性、高可靠性；
7.全寿命期度电成本低；
8.终身免维护。
超级电容器是典型的功率型器件。与传统电容器和电池相比，超级电容器兼有传统电容器功率密度高和二次电池能量密度高的优点。从某种意义上看，超级电容器有着传统电容器和电池的双重功能，弥补了两个传统技术间的空白。
无论在安全性、功率密度、循环寿命及工作适温方面，超级电容器均具有明显优势。随着应用场景的不断拓展，高比能混合超级电容器等系列产品应用而生，在兼顾高功率密度的性能优势同时又提升了能量密度性能。
超级电容的应用概括
近年来，随着风力变桨、交通领域、智能仪表、电力系统等领域不断增加的需求是超级电容器单体市场规模增长的主要推动力。随着“双碳”目标的持续推进，超级电容器在我国的应用场景将越来越广，需求也越来越大，这有利于推动我超级电容产业的快速发展，对增强企业发展信心有着重要的现实意义。
作为一种新型的储能器件，超级电容器在国民经济的很多细分领域都具有非常广阔的应用前景，主要涉及交通运输、新能源、机械设备、智能仪表、智能电网、工程机械、消费电子、车载电子、医疗设备、网络通信及计算机、智能家居、国防军工、应急管理、航空航天、商业设备等领域，其中，应用场景达150余个类别，随着新能源汽车、新能源发电、5G通信、智能制造等新兴领域的爆发性增长，应用场景将越来越广，超级电容行业迎来了新的发展期。
在电力领域，超级电容器在短时高功率充放电的应用场景中具有得天独厚的优势。因此，在电力辅助服务（调频、负荷跟踪、电压支持等）、提高电网可靠性和弹性、提高电能质量、可再生能源稳定输出等领域有广泛的应用需求。超级电容器还可作为电网控制设备和风电变桨系统等的后备电源，保证设备安全运行。
在交通领域，超级电容器可快速吸收车辆制动能量，并在车辆启动时释放，节能减排。对于轨道交通来说，还能减少机车启动和制动时引起的电压波动，降低对电网的冲击。此外，超级电容器作为有轨电车、城市公交车等的动力电源，可在短时间内完成充电过程，非常适用于线路固定的公共交通，显著提高运营效率。在乘用车领域，超级电容器不仅可以实现能量回收，还能与其他能源技术组成混合电源系统更好地发挥作用。
在工程机械和特种设备领域，超级电容器是能量回收装置的重要组成部分。在智能制造领域，超级电容器是自动导引运输装置（AGV）等自动化设备的重要电源。
在智能仪表和消费电子领域，超级电容器作为主电源或备用电源，在智能表（智能电表、智能水表、智能燃气表、智能热量表）、远程抄表系统、电子门锁、数码相机、掌上电脑、智能芯片等领域得到了广泛的应用。
在国防军工领域，超级电容器因其高可靠性成为野外装备必不可少的后备电源和启动电源，同时也是新型高能武器的驱动电源。超级电容器还可用于航空、航天领域、航海等的重要设备中。
超级电容应用领域（不完全统计）
未来预期及展望
综上所述，一个明显的感受是该产业具有明显发展潜力，但是这个行业天花板在哪，主要难点在于超级电容行业处于产业生命初期，需要超级电容的应用场景很多，但是具体哪个应用场景具备百亿以上的容量，或者超级电容行业需要突破哪些条件才能创造巨大的需求市场，这是我们需要共同探讨的问题和探索的方向。通过资料收集与整理、产业链上下游的调研，我们认为超级电容在电网调频、混合储能和汽车领域前景广阔，行业的加速需要：
1）技术进步：提升超级电容能量密度；
2）成本降低：规模化量产和产业链国产化；
3）政策驱动：相关扶持政策加快落地；
4）生态搭建：产业生态的搭建助力产业链配套及应用场景拓展。
当前，我国超级电容产业正处于高速发展阶段，作为国家战略性新兴产业的重要组成部分，一手牵着新能源，一手连着双碳，已经在风电、轨道交通、城市公交车、照明、智能仪表、消费电子等领域形成规模化应用。随着“碳达峰”、“碳中和”战略目标的实施，我国能源体系正在向绿色低碳转型，新能源革命和能源结构多元化进程不断加快，风电、光伏等非化石能源将逐渐占据主体地位。未来，超级电容产业将在此大背景下获得前所未有的发展机会，在传统优势领域及新能源汽车、智能制造、航天、通信、物联网等新兴领域具有良好的市场发展前景。超级电容器作为一种高效、环保的储能设备，在未来的能源电子市场中也将扮演越来越重要的角色，未来可期！
