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超級電容器介紹

超級電容器（Supercapacitors，ultracapacitor），又名電化學電容器(ElectrochemicalCapacitors)，雙電層電容器(ElectricalDoule-LayerCapacitor)、黃金電容、法拉電容，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假電容電荷儲存電能。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。

超級電容器種類

超級電容器分為雙電層電容器、贗電容電容器和混合型超級電容器。EDLC具有高功率密度和長壽命，但能量密度較低，已商業化。PCs擁有更高的能量密度，但成本高且技術不成熟。混合型超級電容器具有高能量密度和長壽命，目前處于商業化初期，前景廣闊。

雙電層電容器（EDLC）。雙電層電容器是一種物理儲能方式，利用多孔炭電極/電解液界面實現雙電層儲能，工作溫度在-40°C-70°C之間，循環壽命大于100萬次，已實現商業化應用，是目前超級電容器應用的主流。雙電層電容器基于純靜電吸附原理，利用電極和電解質界面形成的雙電層存儲能量，通常使用活性炭、碳纖維或碳氣凝膠等高比表面積材料作為電極，以最大化電極表面的雙電層容量。EDLC的充放電過程不涉及化學反應，因此具有較長的循環壽命和較好的溫度特性。雙電層電容器的優點包括高功率密度、長壽命和綠色環保，但能量密度相對較低。

贗電容電容器（PCs）。贗電容電容器也稱為法拉第準電容器，可視為雙電層電容器的一種補充形式，通過電極材料表面的可逆氧化還原反應來存儲能量。贗電容電容器通常使用金屬氧化物（如MnO2、NiOx、V2O5等）或導電聚合物（如PPy、PANI等）作為電極材料。與EDLC相比，贗電容電容器可以提供更高的能量密度，工作溫度在-20°C-65°C之間，循環壽命大于1萬次，當前應用成本高昂，技術尚不成熟，產業化前景不明朗。

混合型超級電容器（Hybrid Supercapacitors）。混合型超級電容器是在對雙電層電容器與贗電容電容器的研究基礎上誕生，電極材料既有活性炭材料，也包含二次電池材料，采用物理儲能+化學儲能的原理，能量密度較高，功率密度較低，工作溫度在-20°C-55°C之間，循環壽命大于5萬次，當前處于商業化早期，是超級電容器未來研究的重要方向。未來，在電動汽車、便攜式電子設備和可再生能源存儲系統中具有廣泛的應用潛力。

超級電容器的應用領域

超級電容器在電力能源領域，應用于電網頻率穩定性、風光儲能平滑入網及混合儲能系統中。在汽車領域，作為主電源或安全冗余電源，助力性能與安全提升。交通運輸領域中，超級電容實現儲能、備用、發動機啟動及能量回收等功能。在風機領域，超級電容器對風電系統穩定性和安全性的提升至關重要。

電力能源領域。新型電力系統下，電網頻率穩定性挑戰升級，發電側風光儲平滑入網、混合儲能系統中響應調頻指令，輸配電側變電站調頻、配電終端后備電源，用電側后備電源、功率電源，均需使用功率型儲能器件以提供短時、高功率峰值脈沖，超級電容在發電側、輸配電側、用電側多環節的應用已開始落地。

新能源汽車領域。汽車領域內，超級電容憑借高功率密度、高安全性、使用壽命長、寬溫域等特性，可在 12V 電氣系統下被用作主電源、安全冗余電源，在 48V 電氣系統下被用作線控電源，在 HEV 車型中被用作主電池電芯，助力汽車性能、安全雙提升。隨著本土新能源產業的發展，超級電容將迎來更曠闊的發展空間。

交通運輸領域。超級電容主要可在軌道交通、公交車、卡車、船舶等應用場景下實現儲能/備用電源、發動機啟動、能量回收三大功能，同時可用于實現特定場景下，如船舶發電機控制梯度與升沉補償、軌道交通無接觸網運行等功能。據久事公交集團披露，2020年底，上海 930 路、17 路、18 路、隧道 8 線、146路新增 89 輛超級電容車，加上已經投運的 11 路、26 路，上海超級電容公交車超過百輛，配套的 6 個超級電容快充站也已完成外線送電。未來有望切入到高爾夫球車、旅游觀光車、機場擺渡車、擺渡船等閉環線路運行的場景，增量市場廣闊。在地鐵領域，使用超級電容器的單地鐵線路月節電量達2.7萬度，每年節電約33萬度，經濟效益和環保效益顯著。

風機領域。超級電容器在風機領域被廣泛應用，目前，中國風機每年的超級電容需求量為5-6億顆。在電網發生故障時，超級電容器能夠迅速提供所需的大電流，以保證風電機組能夠安全地進行順槳操作并停機，從而保護風機免受損害。此外，超級電容器還廣泛應用于平滑風電場的功率輸出、參與電網的頻率調節，以及在風電場中進行能量回收和功率控制，因其高功率密度、快速響應特性和長壽命等優勢，在風電系統中發揮著至關重要的作用，以鉛酸電池為例，其循環壽命相對較短，使用周期為1-2年，通常在300次到800次之間，維護需求較高。而超級電容器售價雖為鉛酸電池的3-5倍，可以保證8-10年無質量問題，一般充放電次數可達到50萬次以上，維護簡單，可靠性高。

超級電容器的市場前景

2022年全球超級電容器市場規模為244億元，預計至2029年將增長至719億元，亞太地區以39%的市場份額領先。中國市場在2022年的市場規模達到31.42億元。

全球市場情況。據QY Research數據顯示，2022年全球超級電容器市場規模達到了244億元人民幣，并預計到2029年將達到719億元，年復合增長率（CAGR）為16.5%。據東吳證券數據顯示，超級電容市場規模分地區來看，2021年亞太地區份額占39%，位列第一，歐洲地區占比36%，緊隨其后的是北美地區，占據全球市場規模的20%，其他地區占比5%。

中國市場情況。據智研咨詢數據顯示，2022年中國超級電容器行業市場規模達31.42億元，隨著新能源汽車、智能穿戴等設備的普及，未來中國超級電容器市場規模有望進一步擴張。

2022年全球雙電層電容器市場規模為9.18億美元，中國市場規模為2.96億美元。競爭方面，美國Maxwell以32.5%的市場份額領先，日本Elna和Panasonic緊隨其后。

雙電層電容器市場規模。據YH Research數據顯示，2022年全球雙電層電容器市場規模達到了9.18億美元，預計到2029年將達到13.92億美元，年復合增長率為6.50%。中國市場在2022年市場規模為2.96億美元，約占全球的32.19%，預計2029年將達到4.66億美元，屆時全球占比將達到33.50%。

競爭格局。據統計顯示，全球超級電容器市場集中度較高。2021年，美國Maxwell市場份額占比約為32.5%，位居全球首位，緊隨其后的是日本的Elna和Panasonic兩家企業分別占比21.3%和16.2%，相比之下中國的超級電容器生產企業所占市場份額較少，2021年中國的寧波中車和上海奧威的超級電容器市場份額所占比例分別達到了10.2%和8.8%。

目前，在我國超級電容市場中，美國Maxwell公司占據了最大的市場份額，僅有寧波中車一家本土企業能與之競爭;第二梯隊主要有江海股份、上海奧威、凱美能源和風華高科等一眾本土廠商;力容新能源、合眾匯能、百納電氣等廠商主要位于第三梯隊。

超級電容器的車規級認證

AEC－Q系列認證是公認的車規元器件的通用測試標準。超級電容器企業想要進入汽車電子領域，進入汽車電子零部件供應鏈，AEC－Q200是必須獲得的認證之一。

① AEC-Q認證是國際汽車電子領域的準入門檻

AEC即Automotive Electronics Council，是美國汽車電子委員會的簡稱。AEC由克萊斯勒，福特和通用汽車發起并創立于1994年，目前會員遍及全球各大汽車廠、汽車電子和半導體廠商，符合AEC規范的零部件均可被上述三家車廠同時采用，促進了零部件制造商交換其產品特性數據的意愿，并推動了汽車零件通用性的實施，為汽車零部件市場的快速成長打下基礎。AEC-Q為AEC組織所制訂的車用可靠性測試標準，是零件廠商進入汽車電子領域，打入一級車廠供應鏈的重要門票。

②AEC-Q200認證是車規級無源元件（被動元件）的準入門檻

AEC-Q200是汽車電子協會（AEC）針對在汽車上應用的無源元件（又稱被動元件）的質量可靠性驗證標準，AEC-Q200認證是無源元件汽車級品質符合性驗證，是無源元件進入汽車領域的準入門檻。通過系列測試驗證無源元件能否承受汽車應用環境下極端溫度、濕度、振動與老化的影響。該標準主要用于防止被動元器件出現性能變異狀況或潛在故障狀態，確保無源元件質量與可靠性，保證無源元件的功能和性能在連續使用后依舊保持一致穩定。

③AEC-Q200適用產品范圍

鉭電容器和鈮電容器、超級電容器、陶瓷電容器、鋁電解電容器、薄膜電容器、電磁器件（電感/變壓器）、網絡(R-C/C/R）、電阻器、熱敏電阻器、可調電容器/電阻器、變阻器、鐵氧體EMI干擾抑制器/過濾器、石英晶體、陶瓷共鳴器、聚合自恢復保險絲等無源器件。

④AEC-Q200測試流程

Rev E版明確說明了測試流程，測試流程如下：

對于SMD無鉛元件，需要滿足特殊質量和AEC-Q005中規定了當使用無鉛（無鉛）工藝時出現的可靠性問題：無鉛測試要求。無鉛加工中使用的材料包括端接鍍層以及板連接（焊料）。這些材料通常需要更高的板連接溫度產生可接受的焊點質量和可靠性。這次AEC-Q200改版規范中也說明，為確保車用無鉛被動組件不會因為經過無鉛回焊(Reflow)后失效異常，因此定義部分可靠度測試項目需先完成Reflow之后，才可進行下一步驟。除此之外，對于尺寸不同的組件也規范了不同的測試次數。