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    中國超級電容器產業發展概要

    文章出處:網責任編輯:作者:人氣:-發表時間:2021-08-23 09:18:00【

    一、新能源發展機遇賦予超級電容器的使命

     

    二十一世紀,國際產業大流通與大融通,帶來了制造業的飛速發展,帶動了巨大的能源需求與儲能需求,也面臨著總體碳排放與環境壓力。以大城市為巨大發展中心的集聚之地,是繁榮之源,也是清潔能源高效工作與生活之所,是新能源發展的主體實施地。

     

    新能源產業的發展,包括清潔電源儲能與區域供應,純電動交通,過程節能減排等關鍵環節,目前以二次電池(鋰離子電池為主),超級電容器,氫燃料電池三大核心產品為主要脈絡,而衍生擴散出巨大的應用網絡。近期又與物聯網,車聯網形成了新的融通互動,顯示出勃勃生機與巨大的機遇。從而成為中國“十一五”以來,國家產業政策積極推動與倡導的方向。這與美國在新能源電動車的發展,日本電池企業的發展,歐洲對于碳減排的綠色產業的巨大政策扶持,形成了異曲同工之妙。

     

    新能源產業

     

     

    在以新能源驅動的交通為主的產業鏈中,鋰離子電池以產品密度最高為特征,成為乘用車的動力首選,已經形成一個巨大的產業。超級電容器則以功率密度最高為特征,成為客車,軌道交通啟動,能量回收應用的必不可少的系統。而氫燃料電池還屬于后來者,尚未投入商用。同時,電池與超級電容器的聯立系統,起到能量管理與功率管理最高效的系統,是業界看好的發展方向。高端跑車與轎車已經成功實現這一模式,正在迅速進入大眾生活。超級電容器在汽車應用主要包括有客車的輔助驅動,卡車的啟停電源,乘用車的制動能量回收系統和懸掛電源,快充公共交通等。隨著智能電動車的發展,超級電容器在冗余電源方面具有潛在應用價值,滿足汽車功能安全要求。多個車企采用超級電容器作為混合動力解決方案,例如:一汽紅旗、奧迪、沃爾沃、標致等廠商均推出了采用超級電容器的車型。隨著汽車的電動化、智能化、網聯化和共享化的發展,超級電容器在可靠性冗余電源和舒適系統等方面具有潛在應用價值,滿足汽車功能安全和舒適性要求。在軌道交通領域,超級電容器儲能系統作為能量回饋系統和動力系統的應用進入規模推廣應用,以地鐵再生能量回饋系統應用為例,單地鐵線路月節電量達2.7萬度,每年節電約33萬度,經濟效益和環保效益顯著。

     

    另外,超級電容器與氫燃料電池的聯立系統,被譽為更加合理的搭配,正在預定未來的發展道路。國際眾多著名傳統內燃機乘用車公司,在這場新能源產業競爭中的固執,被動與最終轉向選擇,也昭示了清潔,綠色產業的浩浩蕩蕩之勢。

     

     

    二、中國超級電容器產業的創新

     

    超級電容器作為一種能量儲存系統,是西方科學家提出來的。產業是美國Maxwell公司發展起來的,并且是由軍用逐漸過渡到民用的。這個發展歷程,像極了鋰離子電池的發展歷程。這兩種商業化的電化學儲能系統,都經歷了“東渡”,最終在中國落戶開花,發揚光大。

     

    中國的鋰離子電池產業,已經成為國際最大,代表性企業如寧德時代,比亞迪等,已經有足夠的技術實力與國際同行媲美,且占據了中國大市場的天然優勢,成為業界翹楚。中國的新能源純電動車生產量與消費量,也成為了國際最大。

     

    同樣,中國的超級電容器產業,也經歷了同樣的歷程。中車新能源與集盛星泰公司的合并,成為世界上最大的超級電容器生產企業之一。同時,中國的超級電容市場也變成了國際最大。中國超級電容的應用領域,也從傳統的超級電容器應用領域(包括電力儲能、風力變槳,回收港機的能量,車輛的剎車回收能量),創新地拓展了軌道交通的純電容驅動,公交車的純電容驅動, 既開拓了巨大的新興市場,又打破了國際上“超級電容器只能作為輔助電源”的傳統觀念,從而激發了更多的產業想象。電池型電容新技術的開拓,與電源管理技術,則帶來了光伏照明行業的新應用與新發展,在壽命與使用便捷性方面,大大超越了傳統鋰離子電池路燈。

     

    值得大書特書,中國還在世界上成立了第一個超級電容產業聯盟,目前已經有176個會員單位,這個規模是歐美及全世界電容器的總和,也無法超越的,在許多國家是想都不敢想的事情。這個聯盟,既包括了中國中車,上海奧威,南通江海、錦州凱美、湖南耐普恩、今朝時代,萬裕三信等傳統電容器強將,也囊括了江蘇中天科技,北海星石,廣東綠寶石,天津普蘭,遼寧博艾格、億緯鋰能、上海凌容、山東精工、浙江斯瑞特、福建火炬、浙江凱恩等制造業新勢力,也包括了清華大學、復旦大學、同濟大學、中科院電工所、防化研究院、北京化工大學、南京航空航天大學、中南大學、廈門大學、云南大學、吉林大學、天津工業大學、中科院煤化所等眾多的研究單位,帶動了炭電極材料,電解液,電容器件和系統從研發到應用的整個產業鏈的興盛。同時,由于產業未來在中國,且在迅速擴大,相應使得外國市場逐漸縮小。韓國的傳統電容炭PCT公司,被山東??萍瘓F收購。國際電容器企業龍頭Maxwell公司被特斯拉公司收購,并入更加大的產業鏈條中,都或多或少昭示了“時也,運也”的趨勢。

     

    超級電容產業聯盟成員

     

     

    據超級電容產業聯盟統計,最近五年來,中國超級電容器產業的市場增長率超過35%。部分產品,趕上了產業升級換代的契機,市場增長率超過了100%。比如:

    (1)以48V/165F超級電容器模塊為例,目前其模塊成本相比2010年下降了70%。

    (2)由于電網需求的拉動,使小容量電容產能驟升,制造成本呈現幾何級數降低趨勢,為破解超級電容的規?;瘧玫某杀鞠拗崎_辟了思路。隨著超級電容器在汽車、軌道交通、智能儀表等領域的標準化、通用化和模塊化的應用推廣,其成本也將實現持續降低。比如,地鐵能量回饋系統,由于系統充電功率和輸出驅動功率都很高,超級電容器由于可以快速充放電,因而可以配置更少的電量而實現節能減排的功能,故而整個儲能系統的全壽命周期成本,比鋰離子電池,鉛酸電池都具有明顯優勢。預計北京冬奧會的成功舉辦,將看到更多的符合綠色發展理念的超級電容器產品大顯身手。

     

     

    三、未來超級電容器產業發展路線

     

     

    (1)堅持核心材料、核心技術國有化,解決行業卡脖子問題

     

    超級電容器電極技術是超級電容器的核心技術,2008年之前曾一度制約了我國超級電容器行業的發展。隨著關鍵的電極漿料和涂布工藝的突破,并實現規?;a,我國企業已經掌握了核心電極技術。此外,國內相關企業從高分子科學角度出發,通過對氟塑料的結構和性能關系的工程化實踐,開始了自主研發干法電極技術,取得了關鍵技術的突破和規?;慨a。目前中車新能源、天津普蘭納米、烯晶碳能、上海凌容、濟南圣泉等都具有干法電極技術和相關超級電容器產品。國內超級電容器企業對干法電極技術的掌握,對支持中國汽車行業的超級電容應用和干法電極電池的發展具有堅實基礎。

     

    此外,在超級電容上游材料方面,我國的電解液廠家如新宙邦、國泰超威等已經占據了主導地位。以北海星石、福建元力、阿佩克斯和吉林凱禹等為代表的國產電容碳電極材料也在逐步成熟。中天超容、普蘭納米、晨祥豐凱和中科超容等正在將新型碳基材料(如石墨烯,碳氣凝膠,介孔炭等)與特定的加工工藝(如泡沫鋁等)結合,以進一步提升雙電層電容器的工作電壓和能量密度,拓展新的應用領域。

     

    國內汽車企業,如一汽、東風、上汽申沃、金龍海格、宇通客車和吉利等,都進行了與超級電容器相關的應用開發和技術儲備,部分產品已在市場銷售并進入國際市場,對促進超級電容器的發展起到了推動作用。

     

     

    (2)持續做好產品,涌現越來越多優秀企業,做大市場

     

    2001年科技部首次把超級電容器研制納入“863重大汽車專項”,繼儀器儀表領域應用之后,開啟了我國新能源汽車應用和儀器儀表類應用研究并行,跟隨美國Maxwell和日本、韓國相關技術發展的階段。在這一階段中,一批先行的企業如錦容、凱美、奧威、集星、合眾匯能、今朝時代、耐普恩、南車/中車新能源等陸續成立,力神和福群等與Maxwell建立了OEM生產合作,中車四方所與Maxwell合作開發混合型超級電容器等,奠定了我國超級電容器行業研發和產業化的基礎。經過多年的自主創新,我國的能量型超級電容器處于世界領先水平,雙電層電容器的主要技術指標達到Maxwell同類產品水平。

     

    2010年開始,國產超級電容器已經陸續開始在新能源客車、風力發電、現代有軌電車、軌道交通儲能、智能三表、電力配網設備等領域開始批量應用。伴隨超級電容器應用領域的不斷拓寬,我國的超級電容器產品的研發、生產和應用都得到了快速發展,技術上緊追美國和韓國,產能規模也逐步達到甚至超過了韓國的水平。

     

    2015年之后,我國超級電容器產業開始了快速發展,在儲能式有軌電車、超級電容客車、超級電容路燈等領域都形成了國際首創應用,在軌道交通、風力發電、智能三表、電動船舶、ETC等領域的應用規模都達到了世界領先。與此同時,隨著中國中車、上海電氣等骨干國有企業,山東精工、博艾格、浙江斯瑞特一批快速發展企業,以及宇通客車、江海股份、新筑股份、中天科技、思源電氣等上市公司紛紛投資或進入超級電容器的研發和制造,經過多年的自主創新,我國超級電容器研發和生產能力上了一個顯著的臺階,無論從產品技術水平還是產能規模上都達到國際先進水平。

     

     

    (3)隨著電池型電容的迅猛發展,開拓更多的純電池替代領域

     

    超級電容器具有充放電速度快、使用壽命長、適用溫度范圍寬、安全可靠性高等特點,使得其在諸多應用領域具備明顯優勢,在汽車、軌道交通、工業AGV、電網及電力設備、儀器儀表和傳感器、數碼電子、智能家電、電動工具、通訊設備、工程機械、船舶、航天軍工等領域已經得到廣泛應用,并處在一個高速增長階段。

     

    隨著電池型電容的發展,超級電容器越來越具有高的能量密度、高的功率密度與超長的使用壽命。有望解決傳統的二次電池與傳統的超級電容不能兼顧三方面特性的弊端。未來,隨著車輛的電動化、網聯化和智能化,超級電容器獨特的性能特點使其在新能源車領域具有巨大的應用前景,主要體現在快充車輛、輔助驅動、安全冗余和舒適性提升四個方面。

     

     

    公交客車等新能源車輛,使用頻繁,利用超級電容器的功率特性和壽命特性,開發快充型車輛,可實現站點快速充電,降低新能源車輛充電設施和場地投入,并且可以大幅提升車輛的低溫地域和高溫地域的適應性。

     

    新能源產品系列

     

     

    在輔助驅動應用方向,作為車輛高功率輔助輸出、制動能量回收裝置,與電池進行組合,彌補電池高功率輸出和大電流輸入方面的不足,增強系統環境適應性從而大大提升電池系統的壽命和安全性,并降低系統成本。這也是Tesla技術布局的方向之一。另外超級電容器還可以作為燃料電池系統的輔助驅動電源,可以大大提升燃料電池的系統性能。

     

    在提升舒適性方面,利用超級電容器電性能特性可以實現諸多輔助功能提升,例如支持電子懸掛,可提升車輛的舒適性。另外,超級電容器壽命長、可靠性高,可作為乘用車安全冗余電源,提升整車的功能安全。

     

    總之,我們有充分的數據與準確的趨勢預測,中國超級電容器產業發展將馳向高速新車道,擁抱越來越多的應用場景,服務于中國與國際的現代化進程,服務于人類越來越美好的綠色、健康生活。

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