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电容黑科技——超级电容,需求爆发期即将到来

2018-02-12
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近年来,新能源技术领域的技术进步层出不穷。当产业的视角还停留在由特斯拉等企业带动的锂电池技术时,一种被诸多行业分析师认为即将开启千亿市场的的黑科技产品——超级电容,已经步入快速发展的通道。


超级电容(EDLC:双电层电容器)不像陶瓷电容器和电解电容器那样拥有电介质,取而代之,它使用的是固体(电极)和液体(电解液)在界面上形成的电气双层(双电层)的状态来取代了电介质。总体而言,超级电容具有如下特点:

  • 充电速度快,充电10秒~10分钟可达到其额定容量的95%以上;

  • 循环使用寿命长,村田的超级电容循环次数可达100万次,没有“记忆效应”;

  • 大电流放电能力超强,能量转换效率高,过程损失小,大电流能量循环效率≥90%;

  • 功率密度高,可达300W/KG~5000W/KG,相当于电池的5~10倍;

  • 产品原材料构成、生产、使用、储存以及拆解过程均没有污染,是理想的绿色环保电源;

  • 超低温特性好,温度范围宽-40℃~+70℃;并且村田的超级电容还有耐高温到85度的DMT系列;

  • 检测方便,剩余电量可直接读出;


由于超级电容以其大容量、高功率、寿命长、低成本、环境友好等优越的性能,因此可以部分或全部替代传统的化学电池,并且具有比传统的化学电池更加广泛的用途。


2015 年全球超级电容市场规模达到173.46 亿美元,2015年中国超级电容市场规模达接近35-40 亿元。从产业的调研看,全球超级电容市场都未来五年有望年复合增长率有望达到20%以上。



尤其是随着石墨烯材料新材料运用以及超级电容小型化的技术不断发展,推动超级电容应用范围从最初的电子设备领域扩展到汽车、工业和消费品、交通机械设备、可再生能源以及电网等动力领域和储能领域。


超级电容的应用领域


从超级电容优良的性能可以看出,未来在各个领域的广泛渗透有着巨大的优势,从而在空间上可能延伸出无限的可能性。笔者认为,从产业下游需求结合国内产业链背景的视角来看,超级电容在以下方面的应用值得重视,或许将会率先爆发。


首先是可穿戴设备、穿戴医疗等消费电子领域。中国可穿戴智能设备的发展从2010年起步,近几年开始得到发展,2014年市场规模达到66.2亿元,预计2015年中国可穿戴设备市场将达到112.7亿元,同比增长70.2%。尤其是随着中国5G时代的到来,互联之下可穿戴设备将会迎来爆发式增长。
 


可穿戴设备的在日益小型化的同时,各种性能的进步和叠加反而加大了瞬间功率输出的要求。超级电容与传统纽扣电池并联,能有效实现该功能,而且能起到稳定电压的作用,因此在可穿戴设备中的渗透率将会越来越高。从产业调研来看,日系超级电容在小型化方面做的很有特色,如村田制作所的超级电容不仅实现了小型薄型化,还实现了高功率、高能量化。

其次,轨道交通领域。轨道交通在中国市场有着巨大的存量,而随着中国一带一路战略的实施,这种需求还在进一步扩大。超级电容应用在轨道车辆制动的时候,回收制动能量,存储于超级电容中,当车辆再加速时,超级电容将这些能量释放出来,起到节能的作用。
 


也正是由于中国巨大的存量市场,中国中车集团投入了巨大的研发,取得了不错的研发成果。目前在动力型超级电容领域,中国中车已经取得部分全球领先优势。


第三是新能源汽车。根据近日乘联会发布的全年新能源汽车产销数据看,2017年共销售556393辆新能源乘用车,其中纯电动车销量为448820辆,同比2016年增幅高达81%。从全球趋势看,欧美各国纷纷表示停售燃油车计划,未来新能源汽车的增长将是产业结构中的一个巨大增量。
 


由于超级电容目前自身存在两点缺陷:一是安全性,过快的充电速度和过高的放电效率导致安全性更难控制;二是较低的安全电压,这制约了其在驱动汽车上对锂电池的替代,目前只在汽车的启停系统和纯超级电容器客车领域有所运用。


目前,产业正在加大研发的石墨烯电极新技术,采用单层石墨烯薄膜制备,可以大大提高能量密度,保持电极的多孔性特征。从目前看到技术进展看,有望提升能量密度甚至达到10倍以上。将可以大大改变目前超级电容性能上的不足。



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