超級電容詳細(xì)講解大全（超級電容技術(shù)）

超級電容詳細(xì)講解大全（超級電容技術(shù)）

       技術(shù)、成本、政策三重利好，超級電容產(chǎn)業(yè)迎向上加速拐點(diǎn)。根據(jù)超級電容產(chǎn)業(yè)聯(lián) 盟數(shù)據(jù)，2021 年全球超級電容市場規(guī)模達(dá) 15.9 億美元，預(yù)計 2027 年將達(dá) 37 億美元， 21-27 年市場規(guī)模 CAGR 約 18%；2021 年中國超級電容市場規(guī)模達(dá) 25.3 億元，預(yù)計 2027 年將超 60 億元，21-27 年市場規(guī)模 CAGR 將超 20%。未來，技術(shù)進(jìn)步、成本降低、政 策驅(qū)動三重利好有望共同推動超級電容打開應(yīng)用天花板，超級電容正在向新能源公交、 電網(wǎng)調(diào)頻、儲能、汽車啟停等新興應(yīng)用領(lǐng)域滲透，百億市場空間正在打開。

        1）技術(shù)進(jìn)步：混合型超級電容能量密度顯著提升，打開行業(yè)應(yīng)用天花板

        混合型超級電容在保持較高功率密度的基礎(chǔ)上，顯著提升能量密度，不斷拓展下游 應(yīng)用邊界。因混合型超級電容的贗電容或電池電極通過發(fā)生法拉第反應(yīng)進(jìn)行充放電，因 此其能量密度顯著高于 EDLC，根據(jù)海內(nèi)外超級電容廠商披露，目前混合型超級電容單 體能量密度可達(dá) 80~160Wh/kg，系統(tǒng)能量密度已經(jīng)突破 40Wh/kg?；旌铣夒娙輵{借更 高的能量密度屬性和較低的成本，在分鐘級別的儲能、大巴車等領(lǐng)域成功打開應(yīng)用天花板，不斷拓展行業(yè)邊界。

       超級電容能量密度有望進(jìn)一步提升。超級電容的能量密度主要取決于其比電容和電 壓窗口，因此進(jìn)一步提升能量密度的方法包括提高電極比電容、開發(fā)高電化學(xué)電位區(qū)間 電解質(zhì)、優(yōu)化超級電容結(jié)構(gòu)、減少器件對電解液的消耗等。隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步，NASA 于 2019 年預(yù)測，2025年超級電容系統(tǒng)能量密度有望提升至 50-100Wh/kg，2030 年有望 達(dá)到 100-200Wh/kg。

       超級電容應(yīng)用干法電極工藝，實(shí)現(xiàn)循環(huán)壽命延長、能量密度提升、成本降低。原有 濕法電極工藝下，需要將負(fù)極、正極粉末與有粘合劑材料的溶劑混合，再涂覆至集流體 上干燥形成電極；干法電極工藝下則無需使用溶劑，直接將少量粘合劑與電極粉末混合， 通過擠壓機(jī)形成電極材料薄膜，再將電極材料薄膜層壓到集流體上形成電極。 

       干法電極工藝主要有三點(diǎn)優(yōu)勢，第一，粘結(jié)劑用量少，提升鋰離子電池良品率和使 用壽命，第二，不使用溶劑，減少充放電循環(huán)過程中的能量損失，提升能量密度，第三， 工藝簡化，制造成本可降低 10-20%。但目前干法電極技術(shù)仍存在電池倍率較低的問題， 即大電流放電性能較差，有待工藝優(yōu)化解決。產(chǎn)業(yè)端，特斯拉于 2019 年收購超級電容 企業(yè) Maxwell，旨在將 Maxwell 的干法電極技術(shù)應(yīng)用于鋰電池生產(chǎn)中，國內(nèi)烯晶碳能、 力容新能源等超級電容廠商也已具備干法電極技術(shù)。

       2）成本降低：上游材料國產(chǎn)化，超容成本持續(xù)下降

       超級電容電極材料國產(chǎn)替代進(jìn)行中，成本持續(xù)下降成必然趨勢。超級電容上游材料 主要包括電極、電解液、隔膜、引線等，電極、電解液、隔膜占成本比例分別約 35%、30%、20%。其中電解液國產(chǎn)化配套相對成熟，本土廠商新宙邦和平尚科技占據(jù)我國超級電容電解液 50%以上市場份額，而電極與隔膜則因技術(shù)壁壘較高而長期依賴進(jìn)口，電極材料中用 量最大、最經(jīng)濟(jì)的材料—超級電容炭 70-80%從日本可樂麗進(jìn)口，隔膜主要從美國、日本 等國進(jìn)口，日本 NKK 占據(jù)全球超級電容隔膜 60%以上市場份額。

       3）政策驅(qū)動：政策重視多元化新型儲能技術(shù)發(fā)展，助推試點(diǎn)示范項(xiàng)目大規(guī)模落地

       政策推動新型儲能技術(shù)多元化發(fā)展。近幾年來，隨著風(fēng)電和光伏發(fā)電加入并網(wǎng)，電 網(wǎng)消納成為了電力系統(tǒng)的痛點(diǎn)之一，在負(fù)荷側(cè)，居民用電占比提升使得電網(wǎng)負(fù)荷波動更加劇烈，在這種情況下，電網(wǎng)調(diào)節(jié)能力必須提升以適應(yīng)未來更為復(fù)雜的源荷波動，具有 快速調(diào)節(jié)速率、配置方式靈活的儲能能夠勝任此任務(wù)。

       儲能技術(shù)的應(yīng)用場景可分為容量 型、能量型、功率型和備用型四類，目前暫無任何一種技術(shù)可以同時滿足所有儲能場景 的需求，因此需要多元化的儲能技術(shù)在各自使用場景中發(fā)揮獨(dú)特的性能優(yōu)勢。 “十一五”到“十四五”期間，各部委相繼出臺多項(xiàng)政策以在技術(shù)創(chuàng)新、應(yīng)用拓展、 產(chǎn)業(yè)培育等方面支持超級電容產(chǎn)業(yè)發(fā)展。其中，超級電容作為新型儲能核心技術(shù)，在國家能源局 2022 年 1 月發(fā)布的《“十四五”新型儲能發(fā)展實(shí)施方案》中，被作為“十四五” 新型儲能核心技術(shù)裝備攻關(guān)重點(diǎn)方向列示，政策同時要求積極推動各新型儲能示范區(qū)項(xiàng) 目建設(shè)。

       2022 年以來，超級電容在電力調(diào)頻、混合儲能領(lǐng)域加速落地。伴隨超級電容能量密 度提升、價格降低，其在電網(wǎng)各環(huán)節(jié)調(diào)頻應(yīng)用中的經(jīng)濟(jì)性開始凸顯，22 年以來，超級電 容在電網(wǎng)調(diào)頻和混合儲能系統(tǒng)密集落地，包括岸儲一體化、一次調(diào)頻、火儲聯(lián)調(diào)、混合 儲能等領(lǐng)域。2022 年是超級電容在電網(wǎng)調(diào)頻、混合儲能領(lǐng)域規(guī)模落地的元年，行業(yè)正在 迎來加速拐點(diǎn)。