【超级电容】锂电的补充——超级电容崛起

一、技术突破带来市场空间爆发

一直以来，超级电容由于其低能量密度、成本较高，致使其使用场景受限；随着能量型超级电容技术突破，能量型超级电容在保持长寿命、宽温度应用、以及高倍率和功率的基础上，能量密度大幅提升。

同时，在产业链国产化、规模化量产以及政策驱动下，能量型超级电容在电动工具、户外电动作业机器人、电动无人重型矿车等领域率先突破巨大市场，并规模化量产，进而剑指储能市场；

按照工作原理，超级电容可分为三类，分别是：双电层电容(目前市场主流)、法拉第赝电容、能量型超级电容（又称混合超级电容具备兼顾功率特性又有较高的能量密度）

1）双电层超级电容：

正负极由两块相同的碳材料电极构成，因此被称为双电层超级电容。其充放电过程通过离子的物理移动完成，不存在化学反应，双电层超级电容具有极优异的功率密度和循环寿命，双电层超级电容目前在电网调频、风电变桨、轨道交通、车载辅助电源等领域已经占据了一定市场。

2）法拉第赝超级电容：

电极表面或体相中的二维或准二维空间上，电活性物质进行欠电位沉积，发生高度可逆的化学吸附/脱附或氧化还原反应，由于赝电容可在整个电极内部产生，因此可获得比双电层电容更高的能量密度，但因充放电循环稳定性有限以及电解液问题等因素而难以商用。

3）能量型超级电容：

又称混合超级电容，通过将锂离子充电电池与双电层电容器科学相结合，发挥容电协同放电效应，在保持宽温度、高功率以及长寿命同时大幅提升了超级电容的能量密度和单体电压。能量型超级电容在保持较高功率密度的基础上，显著提升能量密度，不断拓展下游应用边界。因能量型超级电容的赝电容或电池电极通过发生法拉第反应进行充放电，因此其能量密度显著高于双电层；

相比双电层超级电容纯物理反应，能量型超级电容通过将锂离子充电电池与双电层电容器科学原理相结合，兼顾功率特性和较高的能量密度，力求在一个电解池里解决功率与能量问题，正成为重要发展方向。

三、更好与锂电池协调，打开刚需应用场景

实验表明，锂电池在低温环境，电池容量衰减严重，而在高温时，电池寿命以及安全性受到挑战，同时在高低温场景下，锂电池的高倍率使用将受到一定程度限制，此外在锂电池在高倍率使用下，其寿命也将受到影响。

随着超级电容能量密度大幅提升，且能量型超级电容兼具双电层超级电容高功率高倍率、长寿命、高安全性、环境友好等特点，能量超级电容与能量型锂电在使用场景上可以协同互补，尤其是在作业温度环境要求苛刻、高频次使用、以及高倍率和高功率等要求同时满足的刚性场景率先打开市场；例如户外作业机器市场、电动无人重型矿卡市场等。

应用场景一：户外作业机器市场

传统的以燃油动力驱动的 OPE（Outdoor Power Equipment）产品，能源利用率较低，能源损失严重。得益于全球减碳行动和电池等新能源技术不断取得进展，电动OPE产品开始普及市场并取得各类终端用户认可，其市场占有率也在产业技术升级趋势引领下逐年递增。根据弗若斯特沙利文数据，2020年全球电动OPE市场规模为47亿美元，占全球OPE市场的比例为18.6%，预计将于2025年达69亿美元（占比为 21.3%），预计2029年将达到125.15亿美金。

户外作业市场属于高频次使用场景，同时对充电速度要求高，且往往在高温环境下作业，对锂电池寿命构成重大挑战；能量型超级电容电源，具有瞬时功率高、寿命长、充电时间短等优点，有望率先成为户外动力设备电动化替代新动力，解决锂电设备在高温作业下寿命短、低温作业下不作为、充电时间长等痛点，同时其充电时间短以及长寿命等优势，将给下游客户带来良好的经济性。

应用场景二：电动无人矿卡

目前西北地区重型矿卡多采用传统燃油或增程式以及锂电换电模式，由于传统燃油模式或增程式有排放，锂电换电模式经济性较差。

锂电在寒冷地区寿命以及倍率和功率都受到影响，而能量型超级电容具有耐低温、功率高、寿命长以及充放电时间短的优势，在固定路线矿区有望率先打开下一个市场增长空间。

四、未来已来 储能调频和市场

目前，暂无任何一种技术可以同时满足所有储能场景的需求，因此需要多元化的储能技术在各自使用场景中发挥独特的性能优势。

“十一五”到“十四五”期间，各部委相继出台多项政策以在技术创新、应用拓展、产业培育等方面支持超级电容产业发展。其中，超级电容作为“新型储能核心技术”，在国家能源局 2022 年1月发布的《“十四五”新型储能发展实施方案》中，被作为“十四五”新型储能核心技术装备攻关重点方向列示，政策同时要求积极推动各新型储能示范区项目建设。

由于超级电容适配电网短时高频、高功率调频需求，目前已在发电侧、输配电侧、用电侧逐步开始应用。

在发电侧，超级电容支持风光平滑入网，在电池+超容混合储能系统中负责响应调频指令。

在输配电侧，超级电容用于变电站调频、配电终端后备电源，保证输配电线电能质量。

在用电侧，超级电容可用作备用电源在突发情况下提供紧急电力。超级电容在电力需求端成功打开及落地，为行业发展带来了更好的前景。