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“超級電容器”聽起來是個很棒的家伙。超級電容器作為一種新型的電能存儲元件，可以彌補目前鋰離子電池功率密度的不足。目前已應用于軍事、新能源汽車和各種機電設備，與鋰離子電池形成“交叉火力”時，可大幅提升儲能組件的技術指標，以滿足近乎苛刻復雜的使用環(huán)境。

●超級電容器的基本結(jié)構

超級電容器也叫雙電層電容器。結(jié)構上與電解電容器非常相似。簡單來說，如果將兩個電極插入電解液中并施加電壓，那么電解液中的正負離子會在電場的作用下迅速向兩極移動，最終在兩個電極表面分別形成閉合的電荷層，即雙電層。

電容取決于電極的表面積和兩個電極之間的距離。傳統(tǒng)電容器的電極表面積是導體的平坦面積。為了獲得更大的容量，導體材料通常被軋制得很長，有時其表面積會因特殊的組織結(jié)構而增加。同時，傳統(tǒng)電容器采用絕緣材料將其兩個電極隔開，一般為塑料薄膜、紙張等。這些材料也要求盡可能薄。

超級電容器的電極表面積是基于多孔碳材料，由于其多孔結(jié)構而具有非常大的表面積。此外，超級電容器電極之間的距離由被吸引到帶電電極的電解質(zhì)離子的大小決定，這比傳統(tǒng)電容器膜材料實現(xiàn)的距離小。這種巨大的表面積，加上極小的電極間距，使得超級電容相比傳統(tǒng)電容具有驚人的靜電存儲能力，這也是它被稱為“超級”的重要原因。

電容器的基本功能是充放電，但從基本充放電功能延伸出來的許多電路現(xiàn)象使電容器有了更豐富多彩的用途。在一般電子電路中，常用電容來實現(xiàn)旁路、耦合、濾波、振蕩、相移和波形變換等。這些功能是充放電功能的演變。根據(jù)超級電容器的特性，它們在能源領域的應用更加廣泛，通常用作電池。

●超級電容器的優(yōu)缺點

與鉛酸電池、鎳鎘電池和鋰離子電池相比，超級電容器具有節(jié)能、壽命長、安全環(huán)保、溫度范圍寬、無需人工維護等優(yōu)點。由于超級電容器采用物理方法儲存能量，因此超級電容器最重要的特點之一就是功率密度高，可以理解為快速充放電和瞬間吸收或釋放極高的能量，這是目前沒有電池可以做到的。

或許一切都是不完美的，超級電容器也不例外。它相對致命的弱點之一是能量密度低。所謂能量密度，是指在某個空區(qū)間或質(zhì)量物質(zhì)中儲存的能量大小。比如我們經(jīng)常使用的5號充電電池，如果它的mAh比較大，就意味著它的能量密度比較高?？梢哉f，與鋰離子電池相比，超級電容器的能量密度較低，限制了其在許多領域的應用。

●超級電容器的應用領域

了解了超級電容器的一些概況后，我們再來看看目前超級電容器的應用領域。首先，任何新技術的出現(xiàn)和發(fā)展往往都會首先應用到軍事領域。超級電容器的研發(fā)初衷我們不太清楚，但超級電容器在復雜的戰(zhàn)場環(huán)境中確實有著特殊的優(yōu)勢。前面提到的寬溫度范圍和高功率密度的特點，可以保證坦克、裝甲車等大功率軍用車輛的順利啟動，尤其是在寒冷的冬季，其高功率密度的特點也可以作為激光武器的脈沖能量。

在民用領域，超級電容器也發(fā)揮著巨大的作用。比如可以作為相機閃光燈的電源，可以使閃光燈達到連續(xù)使用的性能，從而提高相機的連拍能力。同時，超級電容器也可以用來控制相機快門。此外，隨著電子和能源工業(yè)的發(fā)展，超級電容器在短期不間斷電源系統(tǒng)和太陽能供電系統(tǒng)等免維護系統(tǒng)中發(fā)揮著不可替代的作用。

由于超級電容器可以大功率充放電，根據(jù)這一特性，超級電容器可以應用于一些車輛，存儲列車或公交車的制動能量，并在加速時提供峰值功率輸出。由于充放電速度快，在車輛停車上下車時，超級電容器能在短時間內(nèi)瞬間充滿電，足以運行到下一站。這樣一來，車輛就不需要攜帶受電弓，也不再需要沿途架設高壓線，無疑降低了建設成本。

由于超級電容器的能量密度遠低于鋰離子電池，因此在乘用車上單獨作為儲能裝置使用比較困難，但可以與傳統(tǒng)內(nèi)燃機組合形成混合動力系統(tǒng)。豐田已經(jīng)將超級電容器技術應用于其勒芒賽車。由于賽車在剎車瞬間的能量非常大，通過超級跑車高功率密度的特點，可以更高效地回收和儲存能量。同時，當賽車需要超車等瞬時高功率時，超級跑車也能滿足這樣的要求。

目前，在主流的電池技術中，鋰電池和超級電容器技術各有優(yōu)缺點。鋰離子電池儲能密度高，超級電容器儲能密度高。大量的研究工作集中在提高鋰離子電池的功率密度或提高超級電容器的儲能密度，但挑戰(zhàn)是巨大的。但是當我們把兩者結(jié)合起來，電池就變得越來越完美了。

特別是對于大型乘用車，由于制動瞬間會產(chǎn)生比小型車更多的能量，這部分能量可以被超級電容器很好的吸收。當汽車快速啟動或加速時，這部分能量可以通過超級電容器快速釋放，平時的低功率能量轉(zhuǎn)換可以通過鋰離子電池完成。因此，這種“混搭”電池技術突破了目前某型電池的技術瓶頸，堪稱完美。

全文摘要:

盡管超級電容器具有各種優(yōu)點，但其能量密度低的缺點仍然限制了其在新能源汽車領域的應用。從目前的技術發(fā)展水平來看，超級電容器和鋰離子電池的結(jié)合可以取長補短，基本滿足了人們對電池高能量密度和高功率密度的需求。個人認為，基于電容的基本物理結(jié)構，很難在能量密度上有所突破，但這并不妨礙其與內(nèi)燃機形成混合動力系統(tǒng)，在其他領域發(fā)揮自身的優(yōu)勢和特長。