超级电容器介绍

超级电容器（Supercapacitors，ultracapacitor），又名电化学电容器(ElectrochemicalCapacitors)，双电层电容器(ElectricalDoule-LayerCapacitor)、黄金电容、法拉电容，是从上世纪七、八十年代发展起来的通过极化电解质来储能的一种电化学元件。它不同于传统的化学电源，是一种介于传统电容器与电池之间、具有特殊性能的电源，主要依靠双电层和氧化还原假电容电荷储存电能。但在其储能的过程并不发生化学反应，这种储能过程是可逆的，也正因为此超级电容器可以反复充放电数十万次。其基本原理和其它种类的双电层电容器一样，都是利用活性炭多孔电极和电解质组成的双电层结构获得超大的容量。

超级电容器种类

超级电容器分为双电层电容器、赝电容电容器和混合型超级电容器。EDLC具有高功率密度和长寿命，但能量密度较低，已商业化。PCs拥有更高的能量密度，但成本高且技术不成熟。混合型超级电容器具有高能量密度和长寿命，目前处于商业化初期，前景广阔。

双电层电容器（EDLC）。双电层电容器是一种物理储能方式，利用多孔炭电极/电解液界面实现双电层储能，工作温度在-40°C-70°C之间，循环寿命大于100万次，已实现商业化应用，是目前超级电容器应用的主流。双电层电容器基于纯静电吸附原理，利用电极和电解质界面形成的双电层存储能量，通常使用活性炭、碳纤维或碳气凝胶等高比表面积材料作为电极，以最大化电极表面的双电层容量。EDLC的充放电过程不涉及化学反应，因此具有较长的循环寿命和较好的温度特性。双电层电容器的优点包括高功率密度、长寿命和绿色环保，但能量密度相对较低。

赝电容电容器（PCs）。赝电容电容器也称为法拉第准电容器，可视为双电层电容器的一种补充形式，通过电极材料表面的可逆氧化还原反应来存储能量。赝电容电容器通常使用金属氧化物（如MnO2、NiOx、V2O5等）或导电聚合物（如PPy、PANI等）作为电极材料。与EDLC相比，赝电容电容器可以提供更高的能量密度，工作温度在-20°C-65°C之间，循环寿命大于1万次，当前应用成本高昂，技术尚不成熟，产业化前景不明朗。

混合型超级电容器（Hybrid Supercapacitors）。混合型超级电容器是在对双电层电容器与赝电容电容器的研究基础上诞生，电极材料既有活性炭材料，也包含二次电池材料，采用物理储能+化学储能的原理，能量密度较高，功率密度较低，工作温度在-20°C-55°C之间，循环寿命大于5万次，当前处于商业化早期，是超级电容器未来研究的重要方向。未来，在电动汽车、便携式电子设备和可再生能源存储系统中具有广泛的应用潜力。

超级电容器的应用领域

超级电容器在电力能源领域，应用于电网频率稳定性、风光储能平滑入网及混合储能系统中。在汽车领域，作为主电源或安全冗余电源，助力性能与安全提升。交通运输领域中，超级电容实现储能、备用、发动机启动及能量回收等功能。在风机领域，超级电容器对风电系统稳定性和安全性的提升至关重要。

电力能源领域。新型电力系统下，电网频率稳定性挑战升级，发电侧风光储平滑入网、混合储能系统中响应调频指令，输配电侧变电站调频、配电终端后备电源，用电侧后备电源、功率电源，均需使用功率型储能器件以提供短时、高功率峰值脉冲，超级电容在发电侧、输配电侧、用电侧多环节的应用已开始落地。

新能源汽车领域。汽车领域内，超级电容凭借高功率密度、高安全性、使用寿命长、宽温域等特性，可在 12V 电气系统下被用作主电源、安全冗余电源，在 48V 电气系统下被用作线控电源，在 HEV 车型中被用作主电池电芯，助力汽车性能、安全双提升。随着本土新能源产业的发展，超级电容将迎来更旷阔的发展空间。

交通运输领域。超级电容主要可在轨道交通、公交车、卡车、船舶等应用场景下实现储能/备用电源、发动机启动、能量回收三大功能，同时可用于实现特定场景下，如船舶发电机控制梯度与升沉补偿、轨道交通无接触网运行等功能。据久事公交集团披露，2020年底，上海 930 路、17 路、18 路、隧道 8 线、146路新增 89 辆超级电容车，加上已经投运的 11 路、26 路，上海超级电容公交车超过百辆，配套的 6 个超级电容快充站也已完成外线送电。未来有望切入到高尔夫球车、旅游观光车、机场摆渡车、摆渡船等闭环线路运行的场景，增量市场广阔。在地铁领域，使用超级电容器的单地铁线路月节电量达2.7万度，每年节电约33万度，经济效益和环保效益显著。

风机领域。超级电容器在风机领域被广泛应用，目前，中国风机每年的超级电容需求量为5-6亿颗。在电网发生故障时，超级电容器能够迅速提供所需的大电流，以保证风电机组能够安全地进行顺桨操作并停机，从而保护风机免受损害。此外，超级电容器还广泛应用于平滑风电场的功率输出、参与电网的频率调节，以及在风电场中进行能量回收和功率控制，因其高功率密度、快速响应特性和长寿命等优势，在风电系统中发挥着至关重要的作用，以铅酸电池为例，其循环寿命相对较短，使用周期为1-2年，通常在300次到800次之间，维护需求较高。而超级电容器售价虽为铅酸电池的3-5倍，可以保证8-10年无质量问题，一般充放电次数可达到50万次以上，维护简单，可靠性高。

超级电容器的市场前景

2022年全球超级电容器市场规模为244亿元，预计至2029年将增长至719亿元，亚太地区以39%的市场份额领先。中国市场在2022年的市场规模达到31.42亿元。

全球市场情况。据QY Research数据显示，2022年全球超级电容器市场规模达到了244亿元人民币，并预计到2029年将达到719亿元，年复合增长率（CAGR）为16.5%。据东吴证券数据显示，超级电容市场规模分地区来看，2021年亚太地区份额占39%，位列第一，欧洲地区占比36%，紧随其后的是北美地区，占据全球市场规模的20%，其他地区占比5%。

中国市场情况。据智研咨询数据显示，2022年中国超级电容器行业市场规模达31.42亿元，随着新能源汽车、智能穿戴等设备的普及，未来中国超级电容器市场规模有望进一步扩张。

2022年全球双电层电容器市场规模为9.18亿美元，中国市场规模为2.96亿美元。竞争方面，美国Maxwell以32.5%的市场份额领先，日本Elna和Panasonic紧随其后。

双电层电容器市场规模。据YH Research数据显示，2022年全球双电层电容器市场规模达到了9.18亿美元，预计到2029年将达到13.92亿美元，年复合增长率为6.50%。中国市场在2022年市场规模为2.96亿美元，约占全球的32.19%，预计2029年将达到4.66亿美元，届时全球占比将达到33.50%。

竞争格局。据统计显示，全球超级电容器市场集中度较高。2021年，美国Maxwell市场份额占比约为32.5%，位居全球首位，紧随其后的是日本的Elna和Panasonic两家企业分别占比21.3%和16.2%，相比之下中国的超级电容器生产企业所占市场份额较少，2021年中国的宁波中车和上海奥威的超级电容器市场份额所占比例分别达到了10.2%和8.8%。

目前，在我国超级电容市场中，美国Maxwell公司占据了最大的市场份额，仅有宁波中车一家本土企业能与之竞争;第二梯队主要有江海股份、上海奥威、凯美能源和风华高科等一众本土厂商;力容新能源、合众汇能、百纳电气等厂商主要位于第三梯队。

超级电容器的车规级认证

AEC－Q系列认证是公认的车规元器件的通用测试标准。超级电容器企业想要进入汽车电子领域，进入汽车电子零部件供应链，AEC－Q200是必须获得的认证之一。

① AEC-Q认证是国际汽车电子领域的准入门槛

AEC即Automotive Electronics Council，是美国汽车电子委员会的简称。AEC由克莱斯勒，福特和通用汽车发起并创立于1994年，目前会员遍及全球各大汽车厂、汽车电子和半导体厂商，符合AEC规范的零部件均可被上述三家车厂同时采用，促进了零部件制造商交换其产品特性数据的意愿，并推动了汽车零件通用性的实施，为汽车零部件市场的快速成长打下基础。AEC-Q为AEC组织所制订的车用可靠性测试标准，是零件厂商进入汽车电子领域，打入一级车厂供应链的重要门票。

②AEC-Q200认证是车规级无源元件（被动元件）的准入门槛

AEC-Q200是汽车电子协会（AEC）针对在汽车上应用的无源元件（又称被动元件）的质量可靠性验证标准，AEC-Q200认证是无源元件汽车级品质符合性验证，是无源元件进入汽车领域的准入门槛。通过系列测试验证无源元件能否承受汽车应用环境下极端温度、湿度、振动与老化的影响。该标准主要用于防止被动元器件出现性能变异状况或潜在故障状态，确保无源元件质量与可靠性，保证无源元件的功能和性能在连续使用后依旧保持一致稳定。

③AEC-Q200适用产品范围

钽电容器和铌电容器、超级电容器、陶瓷电容器、铝电解电容器、薄膜电容器、电磁器件（电感/变压器）、网络(R-C/C/R）、电阻器、热敏电阻器、可调电容器/电阻器、变阻器、铁氧体EMI干扰抑制器/过滤器、石英晶体、陶瓷共鸣器、聚合自恢复保险丝等无源器件。

④AEC-Q200测试流程

Rev E版明确说明了测试流程，测试流程如下：

对于SMD无铅元件，需要满足特殊质量和AEC-Q005中规定了当使用无铅（无铅）工艺时出现的可靠性问题：无铅测试要求。无铅加工中使用的材料包括端接镀层以及板连接（焊料）。这些材料通常需要更高的板连接温度产生可接受的焊点质量和可靠性。这次AEC-Q200改版规范中也说明，为确保车用无铅被动组件不会因为经过无铅回焊(Reflow)后失效异常，因此定义部分可靠度测试项目需先完成Reflow之后，才可进行下一步骤。除此之外，对于尺寸不同的组件也规范了不同的测试次数。