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、八十年代發展起來的通過極化電解質來儲能的一種功率型電子元器件。它不同于傳統的化學電源，是一種介于傳統電容器與電池之間、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境能力強、溫度特性好、使用壽命長、可快速充電等諸多優點。

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。隨著可持續發展觀念的進一步普及，人們對生態環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越性，受到人們越來越多的重視，工程師已經開始在需要高功率，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。電解質使用有機電解質，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生電場，由于電場力作用，在電極與電解質之間的界面處形成了相反的電場，以此來平衡電解質的內部電場。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。當電解質的氧化還原電極電勢高于兩極板之間的電勢時，電解質不會與電解質界面上的電荷分離，超級電容器為正常工作狀態。如果電解質的氧化還原電極電勢低于電容兩端的電壓，電解質將與界面的電荷分解，這樣將是異常狀態。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，數十秒或者數分鐘內快速完成充電。

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境下將很難正常工作。

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

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

超級電容主要在以下幾個領域得到應用：

1)電力系統

超級電容（SC）在電力系統中的應用主要集中在分布式發電和配電網系統中。分布式發電系統，主要是風力發電和光伏發電，這些新能源發電存在的缺陷是輸出功率不穩定，倘若這些分布式發電并入電網時必然會對電網造成沖擊，對電網的安全穩定運行造成損害。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電的儲能裝置，可為電網提供瞬時補償功率。當電網故障時，超級電容器充當電網后備電源的角色，保證電網供電的連續性與穩定性。一般來說，電容器的使用不僅可以對電網瞬時功率實現緩沖，還可以對有功功率或無功功率進行補償，來平滑和穩定電網中電壓的波動，解決由電力系統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，特別是在現場設備領域。眾所周知，在特種領域設備中，許多現場設備是不能夠直接從電網獲得電力的，需要儲能系統給提供電力，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勢使其在特種設備領域得到了快速而廣泛發展。比如，并聯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，在這段時間內通常會產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。

超級電容的發展

超級電容（SC）自2000年概念產生以來，研究機構和工業企業投入大量的人力、物力、精力進行技術開發，產出了大量的專利技術，下面針對超級電容技術的布局環境進行分析，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年出現第一項超級電容器專利后，逐年慢慢增多，申請趨勢呈現出一種浮動的狀態，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，發展勢頭強勁這標志著超級電容器進入技術快速發展的活躍期，后續將會出現更多的專利申請。

在超級電容器的產業化方面，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和技術積累，目前處于領先地位。如日本的松下電器產業株式會社、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模生產能力。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模化生產的研究。

國內從事大容量超級電容器研發的廠家共有50多家，然而，能夠批量生產并達到實用化水平的廠家只有10多家。國內超級電容器的重要企業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，支持本省市企業積極進軍超級電容器這種新興的儲能元件市場。