超級電容詳細講解大全（超級電容技術）

超級電容詳細講解大全（超級電容技術）

       技術、成本、政策三重利好，超級電容產業迎向上加速拐點。根據超級電容產業聯 盟數據，2021 年全球超級電容市場規模達 15.9 億美元，預計 2027 年將達 37 億美元， 21-27 年市場規模 CAGR 約 18%；2021 年中國超級電容市場規模達 25.3 億元，預計 2027 年將超 60 億元，21-27 年市場規模 CAGR 將超 20%。未來，技術進步、成本降低、政 策驅動三重利好有望共同推動超級電容打開應用天花板，超級電容正在向新能源公交、 電網調頻、儲能、汽車啟停等新興應用領域滲透，百億市場空間正在打開。

        1）技術進步：混合型超級電容能量密度顯著提升，打開行業應用天花板

        混合型超級電容在保持較高功率密度的基礎上，顯著提升能量密度，不斷拓展下游 應用邊界。因混合型超級電容的贗電容或電池電極通過發生法拉第反應進行充放電，因 此其能量密度顯著高于 EDLC，根據海內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 80~160Wh/kg，系統能量密度已經突破 40Wh/kg。混合超級電容憑借更 高的能量密度屬性和較低的成本，在分鐘級別的儲能、大巴車等領域成功打開應用天花板，不斷拓展行業邊界。

       超級電容能量密度有望進一步提升。超級電容的能量密度主要取決于其比電容和電 壓窗口，因此進一步提升能量密度的方法包括提高電極比電容、開發高電化學電位區間 電解質、優化超級電容結構、減少器件對電解液的消耗等。隨著技術的不斷進步，NASA 于 2019 年預測，2025年超級電容系統能量密度有望提升至 50-100Wh/kg，2030 年有望 達到 100-200Wh/kg。

       超級電容應用干法電極工藝，實現循環壽命延長、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優勢，第一，粘結劑用量少，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，有待工藝優化解決。產業端，特斯拉于 2019 年收購超級電容 企業 Maxwell，旨在將 Maxwell 的干法電極技術應用于鋰電池生產中，國內烯晶碳能、 力容新能源等超級電容廠商也已具備干法電極技術。

       2）成本降低：上游材料國產化，超容成本持續下降

       超級電容電極材料國產替代進行中，成本持續下降成必然趨勢。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%。其中電解液國產化配套相對成熟，本土廠商新宙邦和平尚科技占據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壁壘較高而長期依賴進口，電極材料中用 量最大、最經濟的材料—超級電容炭 70-80%從日本可樂麗進口，隔膜主要從美國、日本 等國進口，日本 NKK 占據全球超級電容隔膜 60%以上市場份額。

       3）政策驅動：政策重視多元化新型儲能技術發展，助推試點示范項目大規模落地

       政策推動新型儲能技術多元化發展。近幾年來，隨著風電和光伏發電加入并網，電 網消納成為了電力系統的痛點之一，在負荷側，居民用電占比提升使得電網負荷波動更加劇烈，在這種情況下，電網調節能力必須提升以適應未來更為復雜的源荷波動，具有 快速調節速率、配置方式靈活的儲能能夠勝任此任務。

       儲能技術的應用場景可分為容量 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在各自使用場景中發揮獨特的性能優勢。 “十一五”到“十四五”期間，各部委相繼出臺多項政策以在技術創新、應用拓展、 產業培育等方面支持超級電容產業發展。其中，超級電容作為新型儲能核心技術，在國家能源局 2022 年 1 月發布的《“十四五”新型儲能發展實施方案》中，被作為“十四五” 新型儲能核心技術裝備攻關重點方向列示，政策同時要求積極推動各新型儲能示范區項 目建設。

       2022 年以來，超級電容在電力調頻、混合儲能領域加速落地。伴隨超級電容能量密 度提升、價格降低，其在電網各環節調頻應用中的經濟性開始凸顯，22 年以來，超級電 容在電網調頻和混合儲能系統密集落地，包括岸儲一體化、一次調頻、火儲聯調、混合 儲能等領域。2022 年是超級電容在電網調頻、混合儲能領域規模落地的元年，行業正在 迎來加速拐點。