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我国超级电容研究取得一定进展 但仍缺乏有效竞争

发表于:2019-02-27作者: 唐俊
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    摘要:超级电容作为一种新型储能装置,其优越的性能和广阔的市场前景已经引起了世界上众多国家的追捧,现阶段发展势头强劲。本文将对国内外界超级电容的技术现状进行对比,并对未来研究方向进行整理,为超级电容产业的发展提供参考。

  超级电容(Super Capacitor)又名双层电容装置(Elevator Double-Layer Capacitor)或电化学电容器(Electrochemical Capacitor),起源于上个世纪七八十年代,是一种通过极化电解质来储存电能的全新电容器。

  电极材料和电解液是超级电容领域的重点研究对象

  从超级电容的结构上来看,其主要由电解质、电极、端板、引线、隔膜和封装材料组成(见表1)。经过几十年的发展,超级电容性能及相应制作材料仍然面临着成本高、技术难度大的难题,目前业界对于其性能、原材料、工艺方法及其在电动汽车等领域的应用研究也都处于持续上升状态,呈现多元化研究趋势。

  其中储电性能和原材料研究一直处于核心地位,是超级电容技术研究的热点领域,其所包含的电极材料、电解液作为影响超级电容性能和生产成本的关键因素,在研究中一直被列为重点研究对象。未来技术攻关的关键将落脚于如何获取低成本、高性能的炭材料和如何实现高中孔率、高电导率、高比表面积、高堆积比重、高纯度、高性价比。

  表1 超级电容的组成部件

  超级电容的组成部件

  (资料来源:中国知网)

  日美韩在超级电容领域具有较强的竞争实力

  国际上对超级电容的研究已有30多年的历史,起步较早,技术也发展到了较为成熟的水平。超级电容被一些国家列为国家级重点开发和研究项目,此外,还针对其提出了中长期发展计划。

  日、美、韩作为超级电容领域的主要竞争国家,占据了绝大部分专利,凭借自身的科技优势和技术积累,在超级电容领域已经走在了世界前列,他们在掌握本国市场的同时,也积极参与世界市场的争夺,具有较强的竞争实力。松下、丰田、TDK等日本企业具有绝对的竞争优势,它们以技术集群的形式设置多层专利壁垒,实现了海内外多领域的技术垄断;美国在专利数量上不占优势,但其以基础、核心、关键、高质量见长,且在多个技术领域、国内外均有布局,也具有较强的竞争实力;韩国除积极参与超级电容基础技术研发外,更注重超级电容的应用研究,尤其是在电气应用领域占有明显优势。

  现阶段,国际上开发的能量型超级电容的比能量已经接近铅酸电池的水平,达到了30W·h/kg,比功率和单体电容量可以达到3000W/kg和100000F以上。表2为各国超级电容的技术水平。

  表2 各国超级电容的技术水平

  各国超级电容的技术水平

  (资料来源:新能源汽车动力电池技术)

  我国超级电容研究取得一定进展但缺乏有效竞争

  超级电容的研究在国内起步较晚,但通过自主开发和技术引进,超级电容的发展速度很快。到2005年后,我国超级电容领域的研发活动逐渐活跃,专利申请逐渐增多,对超级电容的技术开发及保护的重视程度不断加强。

  于此同时,江苏、江西、天津、陕西和河南为支持本省市企业积极进军超级电容市场,也纷纷出台相关政策。到目前为止,我国超级电容的技术指标达到了国际平均水平(以上海奥威科技为例,见表3),商品化超级电容的出现标志着我国超级电容实用化研究取得了长足的进步。

  但需要注意的是,我国在超级电容领域的海外专利较少,参与国际竞争意识不强,仍与日美韩等国家存在较大差距。大多数国内公司进入该领域较晚且过于分散,不同于发达国家将大量核心专利掌握在少数公司手里以此形成强有力的竞争优势。

  表3 上海奥威科技的功率型和能量型超级电容的技术参数

  上海奥威科技的功率型和能量型超级电容的技术参数

  (资料来源:新能源汽车动力电池技术)

  结语

  电极材料、电解液作为影响超级电容性能和生产成本的关键因素,在研究中一直被列为重点研究对象。而经过几十年的发展,日美韩已经走在了超级电容领域的前列;而超级电容的研究在国内起步较晚,技术发展水平不高,海外专利较少,参与国际竞争意识不强,仍与日美韩等国家存在较大差距。

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