派克研究院：超級電容器未來發展前景分析

超級電容器研究國家的世界分布圖

超級電容器在新能源領域并不是一個奇怪的術語。事實上，超級電容器在這個領域已經經歷了幾十年的起伏。盡管它們的應用形式與電池不同，但在實際應用中總是被電池所取代，而且它們還面臨著成本高、技術難度大的缺點。然而，超級電容器一旦在技術上取得突破，將極大地推動新能源產業的發展。因此，盡管研發過程很困難，但克服它具有重要意義。

超級電容器的尷尬處境

超級電容器自誕生以來已經經歷了30多年的發展。目前，微型超級電容器廣泛應用于小型機械設備，如計算機存儲系統、相機、音頻設備和間歇性用電的輔助設施。大型圓柱形超級電容器主要用于汽車領域和自然能源收集，可以預見，超級電容器在這兩個領域的未來市場具有巨大的發展潛力。

超級電容器“全家福”

超級電容器的四大顯著特點是使用壽命長、環境適應性強、充放電效率高、能量密度高，這也使其成為當今世界上最值得研究的課題之一。目前，超級電容器的主要研究國家是中國、日本、韓國、法國、德國、加拿大和美國。從制造業規模和技術水平來看，亞洲暫時領先。

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然而，超級電容器的研發一直籠罩在電池（主要是鎳氫電池和鋰電池）的陰影下。鎳氫電池和鋰電池的開發可以獲得政府和大型投資者的巨大資金支持，這大大促進了技術交流，使其更容易被全世界所關注。相比之下，超級電容器很難獲得強有力的資金支持，技術的進步和發展受到很大限制。此外，超級電容器的高成本和低能量密度與鋰電池形成了鮮明對比，這使得它們在許多領域被忽視。

先鋒EEStor公司敢于挑戰，但被擊敗了。

盡管超級電容器已經開發了很多年，但實際制造商的數量少得可憐。面對超級電容器技術的不完全發展，一些制造商不敢輕易投資，采取觀望策略，期待市場上有一個成功的例子涉足這一領域。其他制造商堅信，只要大大降低超級電容器的生產成本，僅靠其目前的快速充放電特性就可以實現快速普及。美國超級電容器制造商EEStor屬于后者。

20世紀90年代，為了改變超級電容器的市場地位，美國超級電容器制造商EEStor花了幾年時間投入大量資金和物力研究和開發如何提高超級電容器能量密度，希望通過自己的技術使超級電容器生產和應用上升到一個新的水平。

當時，EEStor贏得了巨額研發資金，并與電動汽車電機供應商ZENN達成了戰略合作。然而，許多參與這項研究的科學家最終得出了一個令人遺憾的結論：我們確實想打破超級電容器的市場僵局，但現有技術無法實現這一目標----作為世界超級電容器的先驅之一，EEStor在該領域建立了一個具有里程碑意義的研發項目，并以失敗告終。

超級電容器和電池填補缺口的機會

盡管超級電容器的生產成本每年下降不到10%，但這項技術仍然無法擴大運輸業和自然能源收集的生產規模。與電池領域相比，超級電容器的技術過于落后。為了縮小它們在研發方面的差距，首要任務應該是解決以下問題：

■ 增加超級電容器制造商的數量，并通過市場競爭刺激相關技術的研發；

■ 擴大高比功率超級電容器的生產規模，年產量達到100萬片以上；

■ 將目前超級電容器的制造成本降低50%；

制定超級電容器的可持續發展戰略，主要旨在探索更高效的電極材料。

為了實現上述目標，制造商需要在超級電容器市場上投入越來越多的資金，超級電容器主要用于設備研發和生產。與此同時，政府擴大資金和技術支持也將發揮至關重要的作用。

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超級電容器可預見的未來

毫無疑問，超級電容器憑借其使用壽命長、充放電效率高等顯著特點，只要找到適合自身發展的土壤，未來發展潛力巨大。

就未來十年的發展而言，超級電容器將是運輸業和自然能源收集的重要組成部分。其中，用于在啟停系統中組裝車輛的超級電容器將成為其未來的主要銷售渠道。據估計，2016年全球市場將達到2.7億美元，2020年將超過3.5億美元。

2011-2016年超級電容器在啟停系統、汽車和儲能領域的銷售額

在交通運輸行業，新能源汽車行業已經成為最熱門的話題之一。作為汽車領域的高科技，新能源汽車應該盡可能保持與傳統汽車相同的性能，減少對石油等有限資源的使用，這是其問世的根本目標。為了實現這一目標，有必要使用輔助設施來儲存能量，而超級電容器是其中的重要組成部分。

今天，世界各行各業都在享受自然能源發電的好處。未來，自然能源應用市場將是巨大的，其中輔助設施必須在這個市場上公平，交易金額將高達51億美元。超級電容器是這個市場上的一種重要商品。

1.超級電容器與節能與新能源汽車

在汽車行業，智能啟停控制系統（輕混系統）的應用為超級電容器提供了廣闊的舞臺，充分體現了超級電容器的優勢，尤其是在插電式混合動力汽車中。

在這里，我想補充一下汽車智能啟停控制系統的工作原理，大致如下：

1.當汽車減速或短時間停車時，智能啟停控制系統可以暫停發動機旋轉，并將制動過程中產生的熱能轉化為電能儲存在電容器中；

2.當汽車再次向前行駛時，電容器立即將剛剛儲存的電能輸出到智能啟停控制系統中的電機，電機旋轉傳送帶，直接驅動發動機工作；

這樣，汽車在整個啟停過程中沒有油耗，既經濟又環保。其中，能夠實現快速充放電的儲能設備是關鍵。因此，具有這一特性的超級電容器成為智能啟停控制系統的最佳選擇和最重要的組成部分。

汽車智能啟停控制系統工作原理圖

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2011-2015年智能啟停汽車年銷量

然而，目前，混合動力汽車、插電式混合動力汽車和燃料電池汽車都配備了電池來儲存能量。因此，超級電容器技術介入新能源汽車領域需要一個漫長的發展過程。目前，超級電容器可以起到輔助主電池的作用，不僅可以起到緩沖作用，還可以延長主電池的壽命，增強充放電效果。然而，高成本和低能量密度的缺點使得該輔助設備的開發無法順利進行。盡管汽車制造商明白超級電容器在能源領域具有巨大的發展潛力，但目前還無法擺脫對鎳氫電池和鋰電池的依賴。

如果政府優先考慮尾氣排放并提供資金支持，可以在一定程度上推動一些制造商參與超級電容器的研發。

2.超級電容器涉及的其他領域

在自然能源收集領域，目前風力發電的工作流程仍然離不開液壓系統或電池。因為每次發電機的風扇葉片停止時，內部渦輪機都會將風扇葉片調整到指定位置。這個過程在風力發電中被稱為變槳控制系統，運行過程中所需的電能由液壓系統或電池提供（受空間限制，本報告中不會出現有關液壓系統的知識）。對于電池來說，間歇性的工作強度，再加上常年的負載，會導致其自身的使用壽命大大縮短。為此，工程師每隔幾年就會對每臺風力渦輪機進行一次“空中作業”，而電池的維護和更換也是一筆不小的開支。高功率超級電容器可以代替電池完成這項工作，因為它們充電和放電快，循環壽命長。雖然初期投資成本較高，但成本低于頻繁維護和更換電池的成本，還可以降低工作強度。但在現實中，超級電容器并沒有作為熱門的輔助設備滲透到這個能源網絡中。然而，毫無疑問，超級電容器將在未來得到廣泛應用。

超級電容器在汽車以外其他方面的應用

不同種類和尺寸的超級電容器可以在不同的領域發揮作用。大型超級電容器（125伏）可用于火車和地鐵的制動系統，也可為物料搬運工程車輛提供能量輸出；由于它可以在高溫下工作，中型超級電容器（75伏）可以用于太陽能收集；

小型超級電容器（2.7伏以內）為通信設施的連續供電和計算機存儲系統中備用電源的存儲做出了巨大貢獻。

2.5-2.7V超級電容器

48V汽車超級電容器

125V大功率超級電容器

通過超級電容器在上述設備中的應用，不難看出其在儲能方面與電池等儲能設備具有可比性。因此，在“二級”市場，預計2013年超級電容器的銷售額將達到500萬美元，2016年將增至1500萬美元。

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工程師致力于開發“超級電池”

電池和超級電容器有各自的優點和缺點。為了將兩者的優點結合起來，工程師們試圖發明一種它們的混合物——“電池超級電容器”。超級電池的主要特點是：成本低、能量密度高、儲能高、循環壽命長、環境適應性強。工程師的首要任務是克服高能量密度，因為一旦能量密度問題得到解決，超級電池就可以在運輸業和自然能源收集中取代高成本、高功率的超級電容器。

向世界展示理想的超級電池必然是一個漫長的過程。然而，一些公司已經加入了開發這項技術的團隊，并且已經生產出了超級電池的原型。盡管最初的超級電容器循環壽命短，能量密度低，但它的未來比超級電容器坎坷的成長經歷要清晰得多。

（編輯/蔣萌）超級電容器研究國家世界分布圖

超級電容器在新能源領域并不是一個奇怪的術語。事實上，超級電容器在這個領域已經經歷了幾十年的起伏。盡管它們的應用形式與電池不同，但在實際應用中總是被電池所取代，而且它們還面臨著成本高、技術難度大的缺點。然而，超級電容器一旦在技術上取得突破，將極大地推動新能源產業的發展。因此，盡管研發過程很困難，但克服它具有重要意義。

超級電容器的尷尬處境

超級電容器自誕生以來已經經歷了30多年的發展。目前，微型超級電容器廣泛應用于小型機械設備，如計算機存儲系統、相機、音頻設備和間歇性用電的輔助設施。大型圓柱形超級電容器主要用于汽車領域和自然能源收集，可以預見，超級電容器在這兩個領域的未來市場具有巨大的發展潛力。

超級電容器“全家福”

超級電容器的四大顯著特點是使用壽命長、環境適應性強、充放電效率高、能量密度高，這也使其成為當今世界上最值得研究的課題之一。目前，超級電容器的主要研究國家是中國、日本、韓國、法國、德國、加拿大和美國。從制造業規模和技術水平來看，亞洲暫時領先。

[第頁]

然而，超級電容器的研發一直籠罩在電池（主要是鎳氫電池和鋰電池）的陰影下。鎳氫電池和鋰電池的開發可以獲得政府和大型投資者的巨大資金支持，這大大促進了技術交流，使其更容易被全世界所關注。相比之下，超級電容器很難獲得強有力的資金支持，技術的進步和發展受到很大限制。此外，超級電容器的高成本和低能量密度與鋰電池形成了鮮明對比，這使得它們在許多領域被忽視。

先鋒EEStor公司敢于挑戰，但被擊敗了。

盡管超級電容器已經開發了很多年，但實際制造商的數量少得可憐。面對超級電容器技術的不完全發展，一些制造商不敢輕易投資，采取觀望策略，期待市場上有一個成功的例子涉足這一領域。其他制造商堅信，只要大大降低超級電容器的生產成本，僅靠其目前的快速充放電特性就可以實現快速普及。美國超級電容器制造商EEStor屬于后者。

在199年……

，為了改變超級電容器的市場地位，美國超級電容器制造商EEStor花了幾年時間投入大量資金和物力研究和開發如何提高超級電容器能量密度，希望通過自己的技術使超級電容器生產和應用上升到一個新的水平。

當時，EEStor贏得了巨額研發資金，并與電動汽車電機供應商ZENN達成了戰略合作。然而，許多參與這項研究的科學家最終得出了一個令人遺憾的結論：我們確實想打破超級電容器的市場僵局，但現有技術無法實現這一目標----作為世界超級電容器的先驅之一，EEStor在該領域建立了一個具有里程碑意義的研發項目，并以失敗告終。

超級電容器和電池填補缺口的機會

盡管超級電容器的生產成本每年下降不到10%，但這項技術仍然無法擴大運輸業和自然能源收集的生產規模。與電池領域相比，超級電容器的技術過于落后。為了縮小它們在研發方面的差距，首要任務應該是解決以下問題：

■ 增加超級電容器制造商的數量，并通過市場競爭刺激相關技術的研發；

■ 擴大高比功率超級電容器的生產規模，年產量達到100萬片以上；

■ 將目前超級電容器的制造成本降低50%；

制定超級電容器的可持續發展戰略，主要旨在探索更高效的電極材料。

為了實現上述目標，制造商需要在超級電容器市場上投入越來越多的資金，超級電容器主要用于設備研發和生產。與此同時，政府擴大資金和技術支持也將發揮至關重要的作用。

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超級電容器可預見的未來

毫無疑問，超級電容器憑借其使用壽命長、充放電效率高等顯著特點，只要找到適合自身發展的土壤，未來發展潛力巨大。

就未來十年的發展而言，超級電容器將是運輸業和自然能源收集的重要組成部分。其中，用于在啟停系統中組裝車輛的超級電容器將成為其未來的主要銷售渠道。據估計，2016年全球市場將達到2.7億美元，2020年將超過3.5億美元。

2011-2016年超級電容器在啟停系統、汽車和儲能領域的銷售額

在交通運輸行業，新能源汽車行業已經成為最熱門的話題之一。作為汽車領域的高科技，新能源汽車應該盡可能保持與傳統汽車相同的性能，減少對石油等有限資源的使用，這是其問世的根本目標。為了實現這一目標，有必要使用輔助設施來儲存能量，而超級電容器是其中的重要組成部分。

今天，世界各行各業都在享受自然能源發電的好處。未來，自然能源應用市場將是巨大的，其中輔助設施必須在這個市場上公平，交易金額將高達51億美元。超級電容器是這個市場上的一種重要商品。

1.超級電容器與節能與新能源汽車

在汽車行業，智能啟停控制系統（輕混系統）的應用為超級電容器提供了廣闊的舞臺，充分體現了超級電容器的優勢，尤其是在插電式混合動力汽車中。

在這里，我想補充一下汽車智能啟停控制系統的工作原理，大致如下：

1.當汽車減速或短時間停車時，智能啟停控制系統可以暫停發動機旋轉，并將制動過程中產生的熱能轉化為電能儲存在電容器中；

2.當汽車再次向前行駛時，電容器立即將剛剛儲存的電能輸出到智能啟停控制系統中的電機，電機旋轉傳送帶，直接驅動發動機工作；

這樣，汽車在整個啟停過程中沒有油耗，既經濟又環保。其中，能夠實現快速充放電的儲能設備是關鍵。因此，具有這一特性的超級電容器成為智能啟停控制系統的最佳選擇和最重要的組成部分。

汽車智能啟停控制系統工作原理圖

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2011-2015年智能啟停汽車年銷量

然而，目前，混合動力汽車、插電式混合動力汽車和燃料電池汽車都配備了電池來儲存能量。因此，超級電容器技術介入新能源汽車領域需要一個漫長的發展過程。目前，超級電容器可以起到輔助主電池的作用，不僅可以起到緩沖作用，還可以延長主電池的壽命，增強充放電效果。然而，高成本和低能量密度的缺點使得該輔助設備的開發無法順利進行。盡管汽車制造商明白超級電容器在能源領域具有巨大的發展潛力，但目前還無法擺脫對鎳氫電池和鋰電池的依賴。

如果政府優先考慮尾氣排放并提供資金支持，可以在一定程度上推動一些制造商參與超級電容器的研發。

2.超級電容器涉及的其他領域

在自然能源收集領域，目前風力發電的工作流程仍然離不開液壓系統或電池。因為每次發電機的風扇葉片停止時，內部渦輪機都會將風扇葉片調整到指定位置。這個過程在風力發電中被稱為變槳控制系統，運行過程中所需的電能由液壓系統或電池提供（受空間限制，本報告中不會出現有關液壓系統的知識）。對于電池來說，間歇性的工作強度，再加上常年的負載，會導致其自身的使用壽命大大縮短。為此，工程師每隔幾年就會對每臺風力渦輪機進行一次“空中作業”，而電池的維護和更換也是一筆不小的開支。高功率超級電容器可以代替電池完成這項工作，因為它們充電和放電快，循環壽命長。雖然初期投資成本較高，但成本低于頻繁維護和更換電池的成本，還可以降低工作強度。但在現實中，超級電容器并沒有作為熱門的輔助設備滲透到這個能源網絡中。然而，毫無疑問，超級電容器將在未來得到廣泛應用。

超級電容器在汽車以外其他方面的應用

不同種類和尺寸的超級電容器可以在不同的領域發揮作用。大型超級電容器（125伏）可用于火車和地鐵的制動系統，也可為物料搬運工程車輛提供能量輸出；由于它可以在高溫下工作，中型超級電容器（75伏）可以用于太陽能收集；

小型超級電容器（2.7伏以內）為通信設施的連續供電和計算機存儲系統中備用電源的存儲做出了巨大貢獻。

2.5-2.7V超級電容器

48V汽車超級電容器

125V大功率超級電容器

通過超級電容器在上述設備中的應用，不難看出其在儲能方面與電池等儲能設備具有可比性。因此，在“二級”市場，預計2013年超級電容器的銷售額將達到500萬美元，2016年將增至1500萬美元。

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工程師致力于開發“超級電池”

電池和超級電容器有各自的優點和缺點。為了將兩者的優點結合起來，工程師們試圖發明一種它們的混合物——“電池超級電容器”。超級電池的主要特點是：成本低、能量密度高、儲能高、循環壽命長、環境適應性強。工程師的首要任務是克服高能量密度，因為一旦能量密度問題得到解決，超級電池就可以在運輸業和自然能源收集中取代高成本、高功率的超級電容器。

向世界展示理想的超級電池必然是一個漫長的過程。然而，一些公司已經加入了開發這項技術的團隊，并且已經生產出了超級電池的原型。盡管最初的超級電容器循環壽命短，能量密度低，但它的未來比超級電容器坎坷的成長經歷要清晰得多。

（編輯/蔣萌）

標簽：世紀優越

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