超級(jí)電容器或超級(jí)電容器每單位體積的電容比普通電容器大許多數(shù)量級(jí)。無論是比能量（單位質(zhì)量?jī)?chǔ)存的能量）還是比功率，超級(jí)電容器都介于普通電容器和鉛酸電池（單位質(zhì)量的功率）之間。鉛酸電池的比功率相對(duì)較低（小于 100W/kg），而超級(jí)電容器的比功率更大（1000W/kg），但能量密度較差。

超級(jí)電容器每單位體積或質(zhì)量所儲(chǔ)存的能量通常是電解電容器的數(shù)十或數(shù)百倍，并且能量?jī)?chǔ)存在電場(chǎng)中而不是化學(xué)過程中。它們的充電和放電速度比電池快得多，并且可以承受更多的充電和放電循環(huán)。超級(jí)電容器是提供短時(shí)間浪涌功率的卓越設(shè)備，因?yàn)樗鼈兛梢钥焖俨东@和釋放能量。此外，它們不存在熱失控的風(fēng)險(xiǎn)，并且不包含任何常見電池的有毒元素，如鉛、鋰或鈷。唯一的缺點(diǎn)（如果有的話）是它們目前不能在極長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)提供電力（能量密度在一分鐘或更短的時(shí)間內(nèi)仍然可用）。

權(quán)力的演變

Maxwell Technologies 成立于 1965 年，位于加利福尼亞州圣地亞哥，是率先推出超級(jí)電容器和其他具有成本效益的革命性儲(chǔ)能技術(shù)的領(lǐng)先企業(yè)之一。Maxwell 于 1995 年創(chuàng)造了第一個(gè)超級(jí)電容器，并于 2004 年開發(fā)了專有的干電極方法并獲得了專利，并在此過程中與 GM 和 PSA 等主要汽車公司建立了合作關(guān)系。特斯拉收購 Maxwell Technologies 是因?yàn)樗信d趣將干電池電極技術(shù)用于電動(dòng)汽車。

UCAP Power 主要專注于使用鉛酸電池的應(yīng)用：風(fēng)力渦輪機(jī)、發(fā)電機(jī)、微電網(wǎng)、汽車和運(yùn)輸。

“我們最近與圣地亞哥灣區(qū)空氣質(zhì)量管理局進(jìn)行了一項(xiàng)研究。結(jié)果表明，將超級(jí)電容器放入風(fēng)力渦輪機(jī)并減少風(fēng)力渦輪機(jī)本身的停機(jī)時(shí)間（由于電池不會(huì)耗盡，風(fēng)力渦輪機(jī)可以旋轉(zhuǎn)更長(zhǎng)的時(shí)間），在這種情況下可節(jié)省約 363,000 公噸的 CO 2 ”，Gordon Schenk 說， UCAP Power, Inc. 首席執(zhí)行官兼總裁

對(duì)于大多數(shù)需要短暫爆發(fā)能量和功率的應(yīng)用，超級(jí)電容器提供了高效且具有成本效益的電源解決方案。該技術(shù)可在短時(shí)間內(nèi)提供相當(dāng)大的功率，使其成為啟動(dòng)、停止、轉(zhuǎn)向、啟動(dòng)等應(yīng)用的理想選擇。POWERBLoK（如圖 1 所示）是一種基于超級(jí)電容器的電池更換解決方案，它是 UCAP Power 于 2020 年 12 月向客戶提供的第一個(gè)解決方案。UCAP Power 和 Tesla Motors 同意在 2021 年 5 月回購某些 Maxwell Technology 資產(chǎn)，包括此次收購包括 Maxwell Technologies Korea 位于韓國的工廠，以及整個(gè) Maxwell 產(chǎn)品和知識(shí)產(chǎn)權(quán)組合（特斯拉保留自用的干電池工藝除外）。

圖 1：UCAP 電源 POWERBLoK

“現(xiàn)在 Maxwell 技術(shù)在我們的控制之下，并且通過我們自己的產(chǎn)品運(yùn)輸，我們?cè)谑袌?chǎng)領(lǐng)域占據(jù)主導(dǎo)地位，在全球擁有超過 85,000 臺(tái)使用超級(jí)電容器的風(fēng)力渦輪機(jī)。安裝 UCAP 設(shè)備的其他相關(guān)市場(chǎng)包括混合動(dòng)力巴士，超過 700 萬輛汽車，以及超過 1200 萬個(gè)電池交付給電網(wǎng)客戶”，Gordon 說。

目前，該公司的主要應(yīng)用是位于“上塔”的風(fēng)機(jī)應(yīng)急變槳控制系統(tǒng)。有兩種變槳控制系統(tǒng)：電動(dòng)和液壓。在電動(dòng)變槳系統(tǒng)中，變槳箱內(nèi)裝有電池。這些電池很快就會(huì)耗盡。通常，它們的生命周期最長(zhǎng)約為三年。客戶希望確保該系統(tǒng)可靠，因此他們正在更換和改裝具有超級(jí)電容器的電池，或立即將其安裝為 OEM 產(chǎn)品。

另一個(gè)相關(guān)市場(chǎng)是混合動(dòng)力公交車，需要大電池組。由于這些電池的壽命很短，其中一部分已被 UCAP 解決方案取代，其中超級(jí)電容器有助于在啟動(dòng)和停止以及需要重載（如爬山）的情況下維持電動(dòng)機(jī)。

“最初的 Maxwell 與我們公司的最大區(qū)別在于，我們不僅關(guān)注超級(jí)電容器本身，而且關(guān)注整個(gè)系統(tǒng)級(jí)別，旨在為客戶提供最佳的擁有成本。因此，我們更傾向于向他們出售一種系統(tǒng)解決方案，而不是單個(gè)超級(jí)電容器，它不僅可以解決一個(gè)問題”，Gordon 說。

UCAP Power開發(fā)的另一個(gè)解決方案是智能綜合充電。由于超級(jí)電容器從零電壓充電并具有不同類型的電壓方案，因此了解如何為這些設(shè)備充電非常重要。由此產(chǎn)生了集成充電（交流或直流供電）的想法，它可以監(jiān)控設(shè)備的健康狀態(tài)，降低系統(tǒng)成本和復(fù)雜性。位于韓國的工廠使 UCAP Power 擁有自己的先進(jìn)化學(xué)技術(shù)并進(jìn)一步發(fā)展，這是一個(gè)關(guān)鍵因素，它帶來了諸如減輕重量以增加比能量 (Wh/kg)、通過專有制造工藝增加功率和增加電壓等好處不犧牲壽命。

“與其他公司所做的不同，我們真正專注于擴(kuò)展電壓范圍以使用化學(xué)方法獲得更好的能量密度，而不是試圖采用較低電壓的設(shè)備并試圖在更高的電壓下運(yùn)行它”，Gordon 說。

圖 2 顯示了用于制造超級(jí)電容的 UCAP 專有工藝。活性炭來源于椰子殼，與粘合劑混合，然后涂在箔上形成電極。兩個(gè)電極，在它們之間有一個(gè)隔板，被螺旋纏繞成一個(gè)圓柱體，該圓柱體被插入一個(gè)罐子中。

超級(jí)電容器具有出色的功率密度、極長(zhǎng)的使用壽命、溫度穩(wěn)定性和椰子碳的使用，使其成為許多應(yīng)用的首選。

圖 2：UCAP+Maxwell 專有制造工藝

審核編輯 黃昊宇