1、超級(jí)電容器的原理與分類

超級(jí)電容器主要由陰陽(yáng)兩電極、電解質(zhì)溶液、分離器和集流器組成，其中浸在電解液中的分離器使陰陽(yáng)電極保持分離。超級(jí)電容器基于電極/電解液界面的充放電過(guò)程進(jìn)行儲(chǔ)能，其儲(chǔ)能原理與傳統(tǒng)電容器相同，但更適合于能量的快速釋放和存儲(chǔ)。

與傳統(tǒng)電容相比，超級(jí)電容具有更大的有效表面積，可使其電容量比傳統(tǒng)電容提高1萬(wàn)倍，同時(shí)還可保持較低的等效串聯(lián)內(nèi)阻和高的比功率。

根據(jù)電荷儲(chǔ)存原理的不同，超級(jí)電容器可以分為三大類別：雙電層電容器（EDLC，electricdou-ble-layercapacitor）、贗電容器（PC，pseu-do-capacitor）以及混合超級(jí)電容器（HSC，hy-bridsupercapacitor），根據(jù)電極材料的不同以及電容產(chǎn)生原理的不同等可將超級(jí)電容器按圖1所示進(jìn)行分類。

雙電層電容器利用電極和電解質(zhì)之間形成的雙電層界面來(lái)儲(chǔ)存電荷，其構(gòu)造如圖2（a）所示。分離器將兩電極分離開(kāi)，充電時(shí)正負(fù)電荷在兩電極表面積累形成電容，放電時(shí)積累的電荷重新回到電解液中，并在外電路產(chǎn)生放電電流。目前雙電層電容器的電極材料主要包括活性炭、碳納米管、石墨烯等，具有電導(dǎo)率高、強(qiáng)度高、耐腐蝕、耐高溫等特點(diǎn)。

贗電容器的電容來(lái)源于電極材料與電解質(zhì)的氧化還原反應(yīng)，其電極材料主要為金屬氧化物、摻雜金屬的炭和具有導(dǎo)電性的聚合物，其構(gòu)造如圖2（b）所示。贗電容器的電容產(chǎn)生過(guò)程中發(fā)生了電子轉(zhuǎn)移，雖然該電化學(xué)行為不同于純靜電雙電層電容器，但它也不同于電池。贗電容器的電容具有高度的動(dòng)力學(xué)可逆性，其循環(huán)伏安圖曲線呈現(xiàn)近似矩形的形狀，這是一種典型的電容性特征。

混合超級(jí)電容器是由石墨烯或石墨、活性炭等EDLC電極和金屬氧化物、導(dǎo)電聚合物等贗電容電極組成的混合系統(tǒng)。由不同材料的兩種不同電極組成的混合超級(jí)電容器打破了組成元件各自的特性限制，因此，可以表現(xiàn)出比單個(gè)超級(jí)電容器更好的電化學(xué)性能。混合超級(jí)電容器具有更高的工作電位和更大的電容量，比傳統(tǒng)電容器以及EDLC和贗電容器高出2~3倍，并可以保持循環(huán)穩(wěn)定性和較高的耐受度。

超級(jí)電容器由于其儲(chǔ)能機(jī)理和自身的特性，可以彌補(bǔ)傳統(tǒng)電容器與電池之間的空白，兼有電池高比能量和傳統(tǒng)電容器高比功率的優(yōu)點(diǎn)，各儲(chǔ)能元件之間的比較見(jiàn)表1。

超級(jí)電容器的主要優(yōu)點(diǎn)包括超過(guò)100萬(wàn)次的超長(zhǎng)充放電循環(huán)壽命、寬廣的工作溫度范圍（-40~70℃）、充電速度快、功率密度高、較低的維護(hù)要求等。另外，超級(jí)電容器的生產(chǎn)、使用、儲(chǔ)存以及拆解過(guò)程中均不使用有害化學(xué)品或者有毒金屬，因此是綠色環(huán)保的儲(chǔ)能裝置。

2、超級(jí)電容器的國(guó)內(nèi)外應(yīng)用現(xiàn)狀

20世紀(jì)八十年代，日本NEC公司生產(chǎn)超級(jí)電容器用于電動(dòng)汽車(chē)的啟動(dòng)系統(tǒng)，同時(shí)松下公司研究出了以活性炭為電極材料，以有機(jī)溶劑為電解質(zhì)的超級(jí)電容器，開(kāi)啟了超級(jí)電容器大規(guī)模的應(yīng)用。如今，日本的Panasonic、Elna、Nec-Tokin公司，韓國(guó)的Ness、Korchip、Nuintek公司，俄羅斯的Econd和Elit公司以及美國(guó)的Maxwell、Tecate公司在國(guó)際超級(jí)電容器市場(chǎng)占據(jù)了很大的份額。

國(guó)內(nèi)的超級(jí)電容器發(fā)展起步較晚，但在國(guó)家對(duì)新能源產(chǎn)業(yè)的政策支持下，超級(jí)電容器取得了飛速的發(fā)展，市場(chǎng)規(guī)模也迅速增長(zhǎng)，近年來(lái)中國(guó)超級(jí)電容器市場(chǎng)規(guī)模情況見(jiàn)圖3。目前國(guó)內(nèi)主要生產(chǎn)超級(jí)電容器的廠家有北京合眾匯能、北京集星、上海奧威、東陽(yáng)光科、中車(chē)株洲電力機(jī)車(chē)、錦州凱美能源等，其技術(shù)水平與國(guó)外廠商的差距正在逐漸縮小。超級(jí)電容器在交通與運(yùn)輸、國(guó)防與軍事、計(jì)算機(jī)與內(nèi)存、工業(yè)、電力能源、日常應(yīng)用等多個(gè)領(lǐng)域存在廣泛應(yīng)用，本文結(jié)合超級(jí)電容器自身的特點(diǎn)對(duì)其在各領(lǐng)域的應(yīng)用現(xiàn)狀進(jìn)行闡述。

2.1交通與運(yùn)輸領(lǐng)域

超級(jí)電容器因充放電速度快、功率密度大、循環(huán)壽命長(zhǎng)等特點(diǎn)，在汽車(chē)行業(yè)得到了廣泛應(yīng)用。對(duì)于傳統(tǒng)燃油汽車(chē)，連接到內(nèi)燃機(jī)的超級(jí)電容器可以提供瞬時(shí)的能量爆發(fā)，使汽車(chē)得以快速啟動(dòng)。超級(jí)電容器的工作溫度范圍寬，低溫性能良好，應(yīng)用超級(jí)電容器作為應(yīng)急啟動(dòng)電源裝置可以解決低溫環(huán)境下蓄電池難以啟動(dòng)汽車(chē)的問(wèn)題。配備了超級(jí)電容啟停系統(tǒng)的汽車(chē)相比于傳統(tǒng)蓄電池啟停系統(tǒng)的汽車(chē)，可以擁有更低的燃油成本和維護(hù)成本以及更高的駕駛體驗(yàn)。

超級(jí)電容器作為混合動(dòng)力汽車(chē)的動(dòng)力源之一時(shí)，可以使車(chē)輛獲得更高的瞬時(shí)功率，進(jìn)而提高車(chē)輛的加速性能；在車(chē)輛減速制動(dòng)時(shí)，可以對(duì)制動(dòng)能量進(jìn)行回收，提高車(chē)輛的整車(chē)經(jīng)濟(jì)性。豐田公司的雅力士混合動(dòng)力汽車(chē)和標(biāo)致雪鐵龍便是使用超級(jí)電容器對(duì)車(chē)輛進(jìn)行啟動(dòng)并獲得瞬時(shí)大功率，以獲得更佳初步加速性能的典型車(chē)型，如圖4所示。

超級(jí)電容器在交通領(lǐng)域的另一個(gè)重要應(yīng)用場(chǎng)景是城市公交客車(chē)。由于城市公交客車(chē)在行駛工況中啟停頻繁，頻繁的制動(dòng)剎車(chē)會(huì)造成大量動(dòng)能的浪費(fèi)，不僅使整車(chē)經(jīng)濟(jì)性下降，同時(shí)還會(huì)產(chǎn)生較多污染氣體。根據(jù)城市客車(chē)的行駛工況特點(diǎn)，采用超級(jí)電容器作為動(dòng)力源，可對(duì)制動(dòng)能量進(jìn)行回收，進(jìn)而提高車(chē)輛的經(jīng)濟(jì)性。

2006年8月上海市在完成老城廂原11路無(wú)軌電車(chē)基礎(chǔ)上進(jìn)行的全球最早的超級(jí)電容公交試點(diǎn)改造。該車(chē)采用上海奧威的超級(jí)電容器，一次充電公交模式續(xù)行里程為7.9km，充滿電時(shí)間為90s，再生制動(dòng)能量回收明顯。自2014年開(kāi)始，海格品牌的超級(jí)電容公交車(chē)先后進(jìn)入塞爾維亞、奧地利、比利時(shí)、以色列等市場(chǎng)，展現(xiàn)出了中國(guó)超級(jí)電容客車(chē)的海外競(jìng)爭(zhēng)力。

有軌電車(chē)和地鐵列車(chē)等重型城市交通車(chē)輛對(duì)儲(chǔ)能裝置的要求更高，因此超級(jí)電容器在軌道交通方面也獲得了較多的應(yīng)用。2016年8月1日，中國(guó)首列完全自主化全線無(wú)接觸網(wǎng)“超級(jí)電容”現(xiàn)代有軌電車(chē)，在中車(chē)株洲電力機(jī)車(chē)有限公司下線，如圖5（a）所示。該有軌電車(chē)可在站臺(tái)區(qū)30s內(nèi)快速完成充電，一次充電可運(yùn)行3~5km，制動(dòng)時(shí)能將85%以上的制動(dòng)能量回收。2012年9月，CAF公司的有軌電車(chē)在西班牙薩拉戈薩商業(yè)運(yùn)營(yíng)，如圖5（b）所示。該有軌電車(chē)裝載了8.2kWh超級(jí)電容組/30kWh鋰電池組的混合儲(chǔ)能系統(tǒng)，可保障約2km至5km的無(wú)觸網(wǎng)區(qū)段供電牽引。

德國(guó)西門(mén)子公司研究的SITRAS系統(tǒng)、加拿大龐巴迪公司研究的MITRIC系統(tǒng)都采用超級(jí)電容作為儲(chǔ)能裝置，并有成功應(yīng)用在本國(guó)的地鐵中的例子。2016年11月30日，國(guó)內(nèi)首套擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的1500V地鐵列車(chē)用超級(jí)電容器儲(chǔ)能裝置在廣州地鐵6號(hào)線潯峰崗站正式掛網(wǎng)運(yùn)行，圖6為掛網(wǎng)運(yùn)行的地鐵制動(dòng)能量回收裝置。該超級(jí)電容儲(chǔ)能裝置可實(shí)現(xiàn)制動(dòng)能量再利用，并避免能耗裝置電阻放熱造成電能浪費(fèi)和環(huán)境溫度升高，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益。

電力系統(tǒng)分布范圍廣、環(huán)境復(fù)雜，大多可再生能源受環(huán)境限制較大，輸出的功率具有明顯的隨機(jī)性和波動(dòng)性。超級(jí)電容器具有充放電速度快、功率密度高、受環(huán)境溫度影響較小等優(yōu)點(diǎn)，因此非常適合做電力系統(tǒng)的儲(chǔ)能裝置。為改善電力系統(tǒng)提供的電能質(zhì)量，需要超級(jí)電容儲(chǔ)能裝置與供電網(wǎng)絡(luò)并聯(lián)，如圖7所示。當(dāng)直流母線電流受到干擾而發(fā)生波動(dòng)時(shí)，超級(jí)電容器可吸收母線波紋峰值功率以調(diào)節(jié)有功和無(wú)功功率的輸出，提高系統(tǒng)穩(wěn)定性與可靠性。

太陽(yáng)能電池在工作過(guò)程中由于受環(huán)境的影響，輸出具有明顯的非線性特性，如圖8所示。針對(duì)太陽(yáng)能電池的工作特點(diǎn)，通常利用最大功率點(diǎn)跟蹤技術(shù)(MPPT)使其輸出功率保持在最大值。傳統(tǒng)MPPT中的儲(chǔ)能系統(tǒng)主要為鉛酸蓄電池，但以超級(jí)電容器設(shè)計(jì)的儲(chǔ)能系統(tǒng)可以獲得更好的動(dòng)態(tài)特性、更高的能量轉(zhuǎn)換效率及系統(tǒng)使用壽命。由超級(jí)電容器和蓄電池組成的混合儲(chǔ)能光伏發(fā)電系統(tǒng)，利用高功率密度的超級(jí)電容器快速平抑直流母線功率高頻波動(dòng)分量，延長(zhǎng)了蓄電池的使用壽命，同時(shí)也發(fā)揮了鉛蓄電池容量大的優(yōu)勢(shì)。

在風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中，由于風(fēng)具有隨機(jī)性與波動(dòng)性，應(yīng)用超級(jí)電容器可以對(duì)波動(dòng)功率實(shí)時(shí)控制，在長(zhǎng)期不同工作環(huán)境中向電網(wǎng)提供平滑的功率輸出。超級(jí)電容器可以應(yīng)用在風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)抵御穿越過(guò)程，以超級(jí)電容器作為負(fù)載，防止母線電壓過(guò)高。超級(jí)電容器儲(chǔ)能系統(tǒng)已被大唐華創(chuàng)、米塔等多家大型風(fēng)電企業(yè)采用。當(dāng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組出現(xiàn)故障時(shí)，需要儲(chǔ)能裝置內(nèi)的電力改變?nèi)~片角度使風(fēng)機(jī)完全停機(jī)以保障安全，風(fēng)電變槳系統(tǒng)如圖9（a）所示。用超級(jí)電容器替換蓄電池給變槳距系統(tǒng)提供電源，可以降低風(fēng)機(jī)維護(hù)成本，并提高其運(yùn)行指標(biāo)。湖南耐普恩科技有限公司推出了風(fēng)電變槳16V500F模組，如圖9（b）所示。

2.2工業(yè)領(lǐng)域

隨著工業(yè)現(xiàn)代化進(jìn)程不斷加快，工業(yè)生產(chǎn)的體量越來(lái)越大，隨之帶來(lái)的是大量的能量浪費(fèi)。為了提高經(jīng)濟(jì)效益和節(jié)約能源，需要對(duì)這些能量進(jìn)行回收再利用。目前回饋電網(wǎng)技術(shù)還不成熟，且會(huì)對(duì)電網(wǎng)產(chǎn)生污染，因此采用超級(jí)電容器作為儲(chǔ)能裝置是比較常用的方法。

起重機(jī)械在港口、建筑和礦業(yè)等領(lǐng)域應(yīng)用廣泛，屬于高耗能設(shè)備，在下放重物時(shí)會(huì)釋放大量的重力勢(shì)能，對(duì)這部分能量的回收將有較好的節(jié)能效果。起重機(jī)超級(jí)電容器節(jié)能系統(tǒng)見(jiàn)圖10。中船澄西船舶修造有限公司以生產(chǎn)的一臺(tái)50t橋式起重機(jī)為樣機(jī)進(jìn)行了能量回收測(cè)試，其測(cè)試結(jié)果表明裝載了超級(jí)電容節(jié)能系統(tǒng)后，起重機(jī)的節(jié)電率超過(guò)了50%，獲得了很好的經(jīng)濟(jì)效益。

抽油機(jī)屬于位能型負(fù)載，電機(jī)會(huì)周期性進(jìn)入倒發(fā)電狀態(tài)，在變頻器基礎(chǔ)上引入超級(jí)電容儲(chǔ)能技術(shù)可以有效回收電極發(fā)電產(chǎn)生的電能。2008年上海電驅(qū)動(dòng)有限公司發(fā)表了油田抽油機(jī)用電機(jī)控制系統(tǒng)專利，其控制系統(tǒng)儲(chǔ)能器件便是超級(jí)電容器，如圖11所示。在油田抽油機(jī)抽油桿下降時(shí)，將抽油桿下降位能轉(zhuǎn)換成電能儲(chǔ)存到超級(jí)電容器中，在油田抽油機(jī)抽油桿提升時(shí)，從超級(jí)電容器中獲取電能產(chǎn)生上升動(dòng)力，從而大幅增加了整體運(yùn)行效率。對(duì)某款油梁式抽油機(jī)進(jìn)行了超級(jí)電容儲(chǔ)能技術(shù)的改裝，在滿足了實(shí)際生產(chǎn)需要的同時(shí)可保證平均效率在90%以上，單井年節(jié)約資金約1.6萬(wàn)元，達(dá)到了節(jié)能減耗、降低生產(chǎn)成本的目的。

網(wǎng)電修井機(jī)在下鉆過(guò)程中，加入超級(jí)電容器儲(chǔ)能系統(tǒng)可將下鉆過(guò)程中管(桿)柱勢(shì)能轉(zhuǎn)化成的電能儲(chǔ)存在超級(jí)電容器中，在起鉆作業(yè)時(shí)協(xié)同變壓器驅(qū)動(dòng)大鉤上行。勝利油田與山東愛(ài)特機(jī)電聯(lián)合研發(fā)了采用超級(jí)電容儲(chǔ)能技術(shù)的新型網(wǎng)電修井機(jī)，與普通網(wǎng)電修井機(jī)相比節(jié)能超過(guò)40%。渤海石油和華北油田共同研制開(kāi)發(fā)的XJ900DBN電動(dòng)儲(chǔ)能內(nèi)繃?yán)K修井機(jī)集成應(yīng)用網(wǎng)電、超級(jí)電容儲(chǔ)能、內(nèi)繃?yán)K技術(shù)于一身，如圖12所示。與常規(guī)柴油修井機(jī)相比節(jié)能率達(dá)87.3%，經(jīng)測(cè)算單井作業(yè)節(jié)約能耗86.7%，取得了非常好的經(jīng)濟(jì)效益。

2.3、國(guó)防與軍事領(lǐng)域

隨著國(guó)防與軍事建設(shè)的現(xiàn)代化，各種高科技設(shè)備和儀器都持續(xù)得到開(kāi)發(fā)和應(yīng)用，而這些設(shè)備或儀器的工作條件往往比較嚴(yán)苛，因此對(duì)儲(chǔ)能電源的要求也會(huì)較高，如：需要功率高、工作溫度范圍寬、循環(huán)使用壽命長(zhǎng)等。因此超級(jí)電容器憑借其自身的優(yōu)點(diǎn)，在國(guó)防軍事方面也具有很好的應(yīng)用前景。

超級(jí)電容器可以為航空航天的各種電子設(shè)備提供電能，比如總部位于美國(guó)圣地亞哥的Tecate集團(tuán)生產(chǎn)的PC超級(jí)電容器可用于各種航空電子控制的短期電源，并且無(wú)需維護(hù)；HA系列超級(jí)電容器可用于航空電子設(shè)備存儲(chǔ)驅(qū)動(dòng)器中的數(shù)據(jù)備份。Tecate集團(tuán)還制造生產(chǎn)出了許多軍用超級(jí)電容系統(tǒng)，如圖13所示。

超級(jí)電容器可作為軍工產(chǎn)品的緊急電源，比如用于軍用機(jī)器人的數(shù)據(jù)備份緊急電源，用于坦克和裝甲車(chē)中失去主電源的消防系統(tǒng)的緊急電源等。現(xiàn)代軍事衍生出的武器大多需要電源提供電力，超級(jí)電容器是為這些武器提供短期和瞬時(shí)峰值功率的理想選擇。如：用于GPS導(dǎo)航的導(dǎo)彈、炮彈、魚(yú)雷等的短期電源，用作坦克火炮炮塔的輔助電源，用于提供陸基發(fā)射系統(tǒng)的脈沖功率等。

超級(jí)電容器可提高無(wú)線系統(tǒng)的射頻性能和安全性，可用于飛行員無(wú)線電求救信號(hào)的最后緊急電源，為便攜式軍用電子設(shè)備提供瞬時(shí)峰值功率等。超級(jí)電容器也用于軍用車(chē)輛，比如用作防地雷反伏擊車(chē)的車(chē)門(mén)緊急電源，用于各種軍用車(chē)輛平臺(tái)中滅火系統(tǒng)的電源和軍用車(chē)輛的冷啟動(dòng)等。

2.4、日常應(yīng)用領(lǐng)域

超級(jí)電容器的特點(diǎn)使其在日常照明領(lǐng)域也有很廣的應(yīng)用前景。為解決相機(jī)電池不能滿足閃光燈大電流的要求，安森美半導(dǎo)體推出了經(jīng)過(guò)優(yōu)化的超級(jí)電容閃光驅(qū)動(dòng)器NCP5680，可為相機(jī)的閃光燈和視頻攝像燈提供達(dá)10A的大電流。耐普恩公司將超級(jí)電容器和光伏路燈結(jié)合，推出了超容光儲(chǔ)一體燈，如圖14所示，該路燈能高效利用光伏發(fā)電板產(chǎn)生的電能，具有超寬的工作溫度，使用壽命達(dá)到10年以上。Maxwell與Celadon合作開(kāi)發(fā)了超級(jí)電容遙控器等產(chǎn)品。遙控器最初是通過(guò)使用兩個(gè)AAA電池來(lái)操作的，而超級(jí)電容器則使其具有快速充電功能[38]，且充電周期中斷時(shí)沒(méi)有損壞的風(fēng)險(xiǎn)。

超級(jí)電容器在便攜式電子設(shè)備中可作為短時(shí)斷電的后備儲(chǔ)能裝置，可以滿足熱插拔、數(shù)據(jù)保存和傳輸功能。Tecate集團(tuán)的超級(jí)電容器可為便攜式音頻播放器、設(shè)定盒、遙控器、可充電式手電筒供電，還可為GPS設(shè)備提供短期電源，允許設(shè)備進(jìn)行熱插拔。

超級(jí)電容器在智能表領(lǐng)域的掉電預(yù)警、表計(jì)RTC等方面也有廣泛應(yīng)用。國(guó)網(wǎng)單相電能表要求使用超級(jí)電容器進(jìn)行RTC時(shí)鐘能保持48h以上，以超級(jí)電容器為備用電源的盛帆單相電能表停電后能保持時(shí)鐘正常運(yùn)行240h以上，盛帆單相電能表及其可更換電容如圖15（a）所示。行車(chē)記錄儀為了在主控電源意外掉電后仍能記錄數(shù)據(jù)，需要內(nèi)置一個(gè)后備電源，如圖15（b）所示。除此之外，當(dāng)商用收款機(jī)突然出現(xiàn)斷電時(shí)，需要保證數(shù)據(jù)的正常通訊與讀寫(xiě)，并能進(jìn)行短時(shí)間IC讀寫(xiě)卡的操作過(guò)程，這時(shí)也需要有超級(jí)電容器做后備電源進(jìn)行掉電保護(hù)。

2.5、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)領(lǐng)域

在計(jì)算機(jī)與內(nèi)存的使用過(guò)程中，為防止突然掉電對(duì)數(shù)據(jù)、系統(tǒng)或者硬件產(chǎn)生不利影響，通常在硬件上采用備用電源來(lái)進(jìn)行緩沖。與電池相比，超級(jí)電容具有充電時(shí)間短、循環(huán)壽命長(zhǎng)、響應(yīng)速度快等優(yōu)勢(shì)，在數(shù)據(jù)存儲(chǔ)領(lǐng)域的掉電保護(hù)中的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。

在固態(tài)硬盤(pán)（SSD）、磁盤(pán)陣列系統(tǒng)（RAID）、隨機(jī)存取存儲(chǔ)器（RAM）中均可采用超級(jí)電容器作為備用電源來(lái)提供掉電保護(hù)[40]。以SSD為例，當(dāng)主機(jī)需要存儲(chǔ)數(shù)據(jù)到SSD中時(shí)，首先會(huì)將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到緩存中，SSD控制器將緩存中的數(shù)據(jù)寫(xiě)入閃存中。若在數(shù)據(jù)存儲(chǔ)過(guò)程中發(fā)生突然斷電，輕則丟失數(shù)據(jù)，重則導(dǎo)致SSD文件系統(tǒng)崩潰，導(dǎo)致主機(jī)無(wú)法識(shí)別。若采用了超級(jí)電容器作備用電源，可以在SSD突然斷電之后，由超級(jí)電容器（圖16）對(duì)其進(jìn)行供電，給SSD控制器足夠的時(shí)間將緩存中的數(shù)據(jù)寫(xiě)入閃存，進(jìn)而防止數(shù)據(jù)的丟失和文件系統(tǒng)崩潰。

3、超級(jí)電容器應(yīng)用中存在的問(wèn)題

超級(jí)電容器憑借其自身獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，在交通、國(guó)防、內(nèi)存、醫(yī)療、工業(yè)、電力能源、日常應(yīng)用等各行各業(yè)都得到了廣泛應(yīng)用。但超級(jí)電容作為新興的儲(chǔ)能元件，在應(yīng)用中還存在需要解決和改善的問(wèn)題。

3.1、能量密度低限制應(yīng)用范圍

超級(jí)電容器的額定電壓低、能量密度低，導(dǎo)致其所能儲(chǔ)存的能量比較有限，相比于蓄電池存在很大的差距，這是阻礙超級(jí)電容器獲得更大范圍應(yīng)用的主要原因之一。隨著超級(jí)電容器的不斷發(fā)展，改進(jìn)超級(jí)電容器的制造工藝和技術(shù)對(duì)其能量?jī)?chǔ)存能力的提升已逐漸變小。比較行之有效的方法是對(duì)超級(jí)電容的核心組成材料進(jìn)行迭代更新，不斷開(kāi)發(fā)出新型的電極材料、電解質(zhì)材料，或者使用由兩種不同電極材料組成的混合超級(jí)電容器。另外，由蓄電池和超級(jí)電容器組成的集成系統(tǒng)也取得了較大的成功。電池和超級(jí)電容器兩者各自遮蔽了對(duì)方的缺點(diǎn)，電池電極具有儲(chǔ)能優(yōu)勢(shì)，超級(jí)電容電極具有功率密度優(yōu)勢(shì)，這就形成了一個(gè)功率和能量密度更高的系統(tǒng)。

3.2、超級(jí)電容器模組中的單體電壓不一致

超級(jí)電容器面臨的另一個(gè)較大的問(wèn)題是單體電壓不一致。超級(jí)電容單體能量密度和額定電壓低，單體電壓無(wú)法滿足系統(tǒng)電壓需求，因此通常需要將超級(jí)電容單體進(jìn)行串并聯(lián)組成超級(jí)電容組使用。然而超級(jí)電容單體性能存在差異，在串聯(lián)使用過(guò)程中會(huì)帶來(lái)超級(jí)電容端電壓不一致現(xiàn)象。如果出現(xiàn)超級(jí)電容過(guò)壓、過(guò)充的情況，會(huì)大幅減少其使用壽命，甚至帶來(lái)超級(jí)電容永久性損傷和更大的電壓偏離。為了改善單體不一致性問(wèn)題，一方面可以通過(guò)提高同批次成組的超級(jí)電容器單體的不一致性檢測(cè)能力，將充放電性能最接近的超級(jí)電容器分成一組；另一方面可通過(guò)使用超級(jí)電容器儲(chǔ)能系統(tǒng)的均壓管理系統(tǒng)對(duì)各單體電壓進(jìn)行均衡，及時(shí)消除超級(jí)電容單體間的電壓差距，使超級(jí)電容單體電壓保持在正常穩(wěn)定的范圍內(nèi)。