超级电容器再度来袭，但充电5分钟才能跑100公里？

许久没在行业内活跃的超级电容器又有了新的消息。

2月初，澳大利亚昆士兰科技大学的研究人员设计出了一种新的混合超级电容器，在保持超高充电功率的基础上，能量密度相比此前的超级电容器显著提升，已经接近镍氢电池。

但尽管如此，不到目前主流动力电池三分之一的能量密度，仍然未能解决其“充得快、跑得不远”的问题，仍然无法让其作为新的电池方案应用于电动汽车的动力输出。

▍充电超级快的超级电容器

从技术上来看，超级电容器属于第三代储能装置。第一代为机械式储能，如飞轮、发条等；第二代为化学式储能，如铅酸蓄电池、镍氢电池、锂电池等；而第三代就是以超级电容器为代表的物理式储能装置。

超级电容器的“前身”当然是电容器。两个相互靠近的导体作为电极板，中间夹一层不导电的绝缘介质，这就构成了电容器。当电容器的两个极板之间加上电压时，电容器就会储存电荷。

电容器原理

超级电容器则是在传统电容器基础上，在两个极板之间加入电解液和隔膜，同时极板材料应用活性更好的活性炭、金属氧化物等，在实现电容器储存电荷功能的基础上，将其升级为可供充放电的电池，同时显著加大电荷存储效果。

目前，超级电容器主要分为三种——双电层电容器、法拉第赝电容器和混合超级电容器。

双电层电容器原理

双电层电容器保持了电容器最大的特性——物理储能，即电解液与极板之间不是像目前的化学电池如锂离子电池一样，产生“嵌锂脱锂”的化学反应实现充放电，而是利用极板电荷与电解液离子的极化作用实现充放电。

这也是超级电容器的最大的特点，此种物理储能由于不涉及化学反应，能够实现更快速的充放电速率。同时，由于没有化学反应，电极材料可以拥有更长的寿命。

两个最明显的数据可以说明超级电容器的性能优势。超级电容器的功率密度（代表充电能力）是锂离子电池的25~60倍。当前，锂离子电池的快充速度普遍在1小时左右，而超级电容器能够实现分钟级别甚至秒级的充满速度；锂离子电池的重复充放电次数一般在2000次左右，而超级电容器则能达到100万次以上。

但双电层电容器也有致命的缺点。其难以储存更多的能量，虽然充的快，但充的电量少。超级电容的能量密度在4~8Wh/kg，不到锂离子电池的1/10（100~300Wh/kg）。

也就是说，其充满一次电也就是能跑几十公里。

为了解决这个问题，就有了第二种超级电容器——法拉第赝电容器。其是以“准电容-准电容”为主要机制，在电极表面的二维或准二维空间上，正极和负极表面分别以金属氧化物的氧化/还原反应为基础或以有机半导体聚合物表面掺杂不同电荷的离子为基础，产生与电极充电电位有关的电容。

由于产生了电化学反应，在相同的电极面积的情况下，法拉第赝电容器的容量是双电层电容的10—100倍，同时本身电容器的结构也能实现较好的充放电速率。

而混合超级电容器则是更进一步，一个极板上采用双层电容器结构，另一个极板上采用有电化学反应的结构，实现充电功率和能量密度的双重平衡。

这也是此次昆士兰科技大学在研究的超级电容器类型。数据显示，经过测试，该电容器能量密度达到73Wh/kg，比早期的超级电容器能量密度实现了数十倍的提升，接近镍金属氢化物电池，也接近达到目前高能量密度锂离子电池的30%，而其功率密度（充电能力）是锂电池的10倍左右。

▍技术有突破，但产业化路径还很漫长

基本原理了解后，我们来看看产业应用的情况。

目前来看，尽管超级电容的技术研究有所突破，但产业发展仍然缓慢滞后。

事实上，超级电容器上一次引起行业关注还是两年前特斯拉以 2.18 亿美元溢价 55% 收购Maxwell的时候。

Maxwell制造的超级电容器

不同于像固态电池这样的前沿技术被众多初创公司所追逐，Maxwell已是超级电容器领域的老玩家。其前身是 1965 年成立的 Maxwell 实验室，总部位于美国圣地亚哥，最初主要为美国军方和其他政府机构提供研发服务，1990 年代转向技术和产品商业化应用，目前主要业务领域涉及超级电容器和干电极技术等。