电容在工业上作为能源设备有什么优点

上传者：亢一澜
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上传时间：2015-05-04
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电容在工业上作为能源设备有什么优点

做过一些项目和超级电容相关，所以对此略知一些。关于电容无法稳定放电的说法。电容的储电量确实和电压平方成正比，。所以均衡功率输出的时候，放电曲线会是这样子。前一阶段电压下降比较慢，后面逐渐加速越来越快，直到降低到某个不可用的电压之下。这个曲线确实没有电池放电曲线平缓

新晨阳电容芯片曲线

不过非常成熟的DC-DC电路早就解决了这个问题。比如这个的芯片BQ25504 Battery Management Products，在输入电压为80mV到3V之间的时候，能产生3V恒定的直流输出。这种芯片大量购买只有1美元左右——技术完全不是问题。

电容特别是超级电容没有能广泛地替代电池作为储能工具，前面答题的各位知友提到一些能量密度和价格，但是还有很多更重要的原因在“储能”之外。我在这里总结一下：前面知友提到的：

电容的能量密度太小，一般电解质电容只有每公斤不到1Wh，即使是超级电容每公斤也只能存储最多10Wh，而锂电池可以达到前者的几百倍，后者的10~30倍。单位体积的储能也有类似的比例——显然电容不适合需要轻便小巧电源的应用。

成本太高，每千瓦时需要2000~5000美元，相比之下锂电池的成本只有500~1000美元。即使是不在乎体积和重量的应用，初期在超级电容上的投资也是相当大的负担。还有没有提到的：

超级电容的最高电压太低，虽然超级电容能量密度比较高，但是最高充电电压非常低，通常只有2.5V

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左右。这就意味着有的应用如果需要高达100V的电压（比如电动汽车），需要相当多这样的电容串联起来。给10个同型号串联电容加上25V电压，由于个体差异每个电容上的电压都会略高或略低于3V。那些高于2.5V的电容会更早失效，降低整个供电系统的寿命。可以改进的是对每个电容单独做充放电电路，但这会显著增加整个系统的成本。

自放电太快，电容通常在一两小时到半个月内会通过自放电漏光50%电能，所以作为长时间储能的应用电容是不合适的。安全性不高，电容由于内阻非常低，在短路时候会产生

非常强的放电电流，甚至引起强烈爆炸。大量对可靠性安全性要求高的应用无法考虑大电容。比如有防爆安全认证的设备通常都需要改造电路中过大的电容。虽然超级电容有这么多缺点，仍然有许多合适的应用领域广泛使用了超级电容，特别是超级电容和电池的结合。目前除了大量用于消费类电子产品替代电解质电容（更小更轻），其他最大的市场在下面几个领域：交通：比如这个电动公交车，车顶的超级电容能够在加速时快速放电，在刹车时回收能量。这样即使频繁加速、刹车也不会影响电池寿命。

新晨阳

新能源：大部分绿色能源如风能、潮汐能、太阳能等等都有剧烈变化的特点。不仅一天之内各个时间段差别巨大，而且前一分钟和后一分钟也差别巨大。由于这种变化太过频繁（如下图），用一般的充电电池做储能设备几天就报废了，而超级电容则可以通过暂时存储几分钟的能量，让整个曲线变得非常平滑。

新晨阳电容

除此以外在工业上也有广泛的用途，主要用来平滑短暂的功耗波动，比如用于启动大功率电机。

所有这些应用都不是我们日常能看到的，所以会给人印象超级电容好像很少用于能量存储。实际上上述领域的应用规模比消费电子要大得多。

特别要指出的是，电池技术进步的速度远远比超级电容要慢，一个3000F的超级电容，从2000年的5000美元已经降低到现在的50美元，降低了100倍；而同样时间内的相同容量的电池价格只降低5~6倍。所以随着技术的进步，超级电容将会有越来越多的应用。下图是给出的市场预测，单位是十亿美元。

新晨阳电容超级电容电解电容

所有技术都有一定的局限性，发明一样新技术当然是创新，但是要让一个新技术成长成熟，需要首先要找到那些合适的应用，并用合适的商业模式开始挣钱。超级电容走的路，其实和电动汽车一样（私货：中国是否适合发展纯电动汽车），先在小众应用中寻求突破，再逐渐扩展到大众市场。