超級電容器可稱為大容量電容器、儲能電容器、（黃）金電容器、雙電層電容器或法拉電容器，其英文名稱為EDLC，即ElectricDoubleLayerCapacitors，俗稱UltraCapacitors、GOLDCapacitors、SuperCapacitors，以法拉為單位，是從上世紀七、八十年代發(fā)展起來的通過極化電解質(zhì)來儲能的一種功率型電子元器件。它不同于傳統(tǒng)的化學電源，是一種介于傳統(tǒng)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贗電容電荷儲存電能，但在其儲能的過程并不發(fā)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(shù)十萬次。相比蓄電池而言，超級電容器作為新型儲能裝置具有適應環(huán)境能力強、溫度特性好、使用壽命長、可快速充電等諸多優(yōu)點。

目前，超級電容器在汽車、鐵路、通訊、電力、特種、消費電子等應用領域具有很大的應用價值與市場潛力，受到世界上很多國家的廣泛關注。作為一種無源器件，超級電容的特性介于普通電容器和電池之間，不僅具有大電流快速充放電的特性，還具有電池存儲能量特點，可重復使用，而且壽命長。超級電容（SC）釋放電流是因為導體間的移動電子，而非單純的化學反應。隨著可持續(xù)發(fā)展觀念的進一步普及，人們對生態(tài)環(huán)境和綠色能源重視度提高，作為一種新型的儲能元件，超級電容由于不可替代的優(yōu)越性，受到人們越來越多的重視，工程師已經(jīng)開始在需要高功率，高效率方案設計中使用超級電容器來代替蓄電池。

超級電容的結構與工作原理

（1）超級電容的結構

圖2為超級電容器內(nèi)部結構框圖，超級電容器結構中，多孔電極一般使用活性炭粉、活性炭、活性炭纖維等。電解質(zhì)使用有機電解質(zhì)，如碳酸亞丙酯或四氯化鈦。多孔活性炭具有較大的表面積，在電解質(zhì)中吸附電荷，這可以儲存大量靜電電荷。相比蓄電池而言，盡管超級電容能量密度較小，但此種存儲能量的方法可以替代傳統(tǒng)電池在儲能方面的不足，也可以應用在需要短時高峰值電流的場合。

（2）超級電容工作原理

超級電容是利用雙電層原理的電容器，當給超級電容器的兩個極板外接電壓時，正電極和負電極分別存儲不同極性電荷，這與普通電容原理相同。超級電容器電荷運動在雙極板上產(chǎn)生電場，由于電場力作用，在電極與電解質(zhì)之間的界面處形成了相反的電場，以此來平衡電解質(zhì)的內(nèi)部電場。正電荷與負電荷處于兩個不同極性之間的短間隙接觸面上，其中電荷分布層稱為雙電層，電容量非常大。當電解質(zhì)的氧化還原電極電勢高于兩極板之間的電勢時，電解質(zhì)不會與電解質(zhì)界面上的電荷分離，超級電容器為正常工作狀態(tài)。如果電解質(zhì)的氧化還原電極電勢低于電容兩端的電壓，電解質(zhì)將與界面的電荷分解，這樣將是異常狀態(tài)。若正極板和負極板上儲存的電荷通過外部電路放電，超級電容器電解質(zhì)界面處的電荷量逐漸減小。由此可知：超級電容器的充放電是物理過程，無復雜的化學反應，所以相比化學反應的蓄電池，其性能更穩(wěn)定。

（3）超級電容的特點

①體積小、容量大：相比同體積的電解電容而言，超級電容的電容量大許多倍。超級電容器的可極化電極使用活性炭粉和活性炭纖維，增加了電極與電解液接觸的面積，由于兩極板的表面積與電容量成正比，這就使電容的容量增大。通常超級電容器的容量很容易超過1F，和一般的電容容量相比其范圍擴大了3~4個數(shù)量級，單體超級電容目前的容量最大可達到60000F。

②充放電壽命長：其充放電次數(shù)可達到50萬次左右，超級電容器充放電是一種可以反復充、放電，且可循環(huán)的物理過程。

③可提供很大的放電電流。

④較強的充放電能力：可快速充電，也可大電流放電。超級電容可以在大電流下，數(shù)十秒或者數(shù)分鐘內(nèi)快速完成充電。

⑤工作溫度范圍寬：超級電容正常工作溫度范圍為-40~+70℃，相反，若蓄電池在低溫或者高溫環(huán)境下將很難正常工作。

⑥產(chǎn)品原材料構成、生產(chǎn)、使用、儲存以及拆解過程均沒有污染，是理想的綠色環(huán)保電源。

⑦充放電回路簡單：在標稱電壓下，其可以充電到任何電位，并且可以全部放電。無需充電電池那樣的充電電路，安全系數(shù)高，長期使用免維護。

⑧安全可靠性高：失效時相當于開路，而且過電壓不會被擊穿。

超級電容的應用

超級電容器是集實用、環(huán)保、高效為一體的儲能器件。近幾年來，它在新能源領域的發(fā)展相對比較快，有廣泛應用。超級電容器具有工作中無污染、性能穩(wěn)定、有很快響應時間、維護成本低等特點，這些優(yōu)勢使其應用在小型分布式發(fā)電廠中有很強的優(yōu)勢。超級電容器將成為新能源發(fā)電系統(tǒng)儲能首選裝置，已被多個發(fā)達國家列為重點研發(fā)項目。

超級電容主要在以下幾個領域得到應用：

1)電力系統(tǒng)

超級電容（SC）在電力系統(tǒng)中的應用主要集中在分布式發(fā)電和配電網(wǎng)系統(tǒng)中。分布式發(fā)電系統(tǒng)，主要是風力發(fā)電和光伏發(fā)電，這些新能源發(fā)電存在的缺陷是輸出功率不穩(wěn)定，倘若這些分布式發(fā)電并入電網(wǎng)時必然會對電網(wǎng)造成沖擊，對電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行造成損害。SC具有功率密度高，儲能效率高的特點，所以可作為分布式發(fā)電的儲能裝置，可為電網(wǎng)提供瞬時補償功率。當電網(wǎng)故障時，超級電容器充當電網(wǎng)后備電源的角色，保證電網(wǎng)供電的連續(xù)性與穩(wěn)定性。一般來說，電容器的使用不僅可以對電網(wǎng)瞬時功率實現(xiàn)緩沖，還可以對有功功率或無功功率進行補償，來平滑和穩(wěn)定電網(wǎng)中電壓的波動，解決由電力系統(tǒng)故障所引起的電壓的驟升驟降、瞬時停電等問題。

2)特種領域

在特種領域中，超級電容器也越來越受到重視，特別是在現(xiàn)場設備領域。眾所周知，在特種領域設備中，許多現(xiàn)場設備是不能夠直接從電網(wǎng)獲得電力的，需要儲能系統(tǒng)給提供電力，這就對能量存儲部件有非常苛刻的要求，需要高可靠性，輕便和良好的隱蔽性。因超級電容器具有獨特的優(yōu)勢使其在特種設備領域得到了快速而廣泛發(fā)展。比如，并聯(lián)使用超級電容器和鉛酸蓄電池，這種方法可以大大改善車輛，如裝甲車、特種卡車和越野車等特種車的低溫啟動性能，也可以有效提高車輛的可靠性、增強動力。

3)電動汽車及混合動力汽車

電動汽車在啟動和加速時需要的電流很大，沖擊電流過大會損壞蓄電池或燃料電池，縮減其使用壽命。而電動汽車執(zhí)行制動的過程需要能量比較少，導致蓄電池儲能利用率非常低。基于電動車的特點，可使用超級電容器和蓄電池或燃料電池結合方式，來減少對電池的損害，延長其使用壽命，而且還可提高制動能量的回收利用率，保證了電動車實用性、可靠性，節(jié)省了燃油。

4)城市軌道交通

列車作為城市軌道交通中的公共交通工具，需要頻繁的啟動、制動，在這段時間內(nèi)通常會產(chǎn)生過大的沖擊電流和制動能量的浪費。超級電容器可以很好地平衡大電流沖擊和能量回收的問題，在車輛制動時回收并儲存制動能量，當車輛需要加速時，然后釋放制動時儲存的能量，有效提高能源的有效利用率。

5)日常生活領域

超級電容器在民用領域中，作為儲能器件也得到廣泛應用。在日常生活領域，如手機、相機、路燈、電動玩具等都具有超級電容器儲能技術的應用，并達到了良好的儲能效果。

超級電容的發(fā)展

超級電容（SC）自2000年概念產(chǎn)生以來，研究機構和工業(yè)企業(yè)投入大量的人力、物力、精力進行技術開發(fā)，產(chǎn)出了大量的專利技術，下面針對超級電容技術的布局環(huán)境進行分析，主要分析指標包括全球專利申請趨勢，全球重點申請人分析及技術分類分析。

2000-2005年，超級電容器處于技術萌芽期，2000年出現(xiàn)第一項超級電容器專利后，逐年慢慢增多，申請趨勢呈現(xiàn)出一種浮動的狀態(tài)，專利年增量并不多。

2006至今年，超級電容器的全球專利申請呈逐年迅速增長，發(fā)展勢頭強勁這標志著超級電容器進入技術快速發(fā)展的活躍期，后續(xù)將會出現(xiàn)更多的專利申請。

在超級電容器的產(chǎn)業(yè)化方面，美國、日本、俄羅斯、瑞士、韓國、法國的一些公司憑借多年的研究開發(fā)和技術積累，目前處于領先地位。如日本的松下電器產(chǎn)業(yè)株式會社、本田株式會社、ELNA、NEC，美國的MaxwellTechnologies等。俄羅斯的Esma公司是生產(chǎn)無機混合型超級電容器的代表，然而Esma公司目前還沒有形成規(guī)模生產(chǎn)能力。此外，俄羅斯的Elit公司、法國的Saft公司、美國的Cooper公司、日本的Nec公司和松下公司也投入巨大資金對大容量超級電容器進行規(guī)模化生產(chǎn)的研究。

國內(nèi)從事大容量超級電容器研發(fā)的廠家共有50多家，然而，能夠批量生產(chǎn)并達到實用化水平的廠家只有10多家。國內(nèi)超級電容器的重要企業(yè)有上海奧威科技公司、錦州富辰公司、北京集星公司、哈爾濱巨容新能源公司、北京合眾匯能公司等十多家。同時，國內(nèi)的江西、江蘇、河南、陜西和天津等省市也紛紛出臺相關政策，支持本省市企業(yè)積極進軍超級電容器這種新興的儲能元件市場。