設(shè)想下，如果你開著電動車在等交通燈的幾分鐘里已經(jīng)充電完成，手機充電只要十幾秒就能完成。將來利用超級電容就可以實現(xiàn)以上場景。
當我們談?wù)撓冗M的電池技術(shù)時，不可避免地會提到超級電容，這是一種不同于傳統(tǒng)鋰電池的電池技術(shù)。鋰電池已經(jīng)是當前最常見的電池技術(shù)，但是超級電容正在成為一種可行的替代品。
超級電容
超級電容器的常見應(yīng)用包括：從車輛的制動系統(tǒng)中收集能量，釋放能量來幫助混合動力總線加速，在啟停系統(tǒng)中提供起動功率和電壓穩(wěn)定，協(xié)助火車加速，在電力故障時幫助打開飛機的艙門，幫助增加葉片抬升系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性，收集能量并發(fā)揮突發(fā)功率以幫助抬升操作，在電源故障和備用電源系統(tǒng)（如柴油發(fā)電機或燃料電池）啟動之間為數(shù)據(jù)中心提供能量，提供儲能并增加電網(wǎng)的穩(wěn)定性。
首先，超級電容的工作原理與鋰電池不同。它們是通過在電極上蓄存電荷，而不是通過化學反應(yīng)生成電荷。這使得它們具有更高的循環(huán)壽命和安全性。此外，超級電容不含有毒性物質(zhì)，因此不存在鋰電池中可能導致?lián)p壞的危險。
超級電容由兩個電極和電解質(zhì)構(gòu)成。當電荷在兩個電極之間通過電解質(zhì)輸送時，一個電極上的電荷數(shù)量增加，而另一個電極上的電荷數(shù)量減少。因此，電極上的電勢差產(chǎn)生，形成電動勢。電動勢的大小取決于電荷的數(shù)量，從而決定了超級電容儲存的電能量。
當需要使用儲存的電能時，可以通過將電荷從一個電極輸送到另一個電極，從而產(chǎn)生電流。當電流經(jīng)過負載時，電動勢的差就會消失，電極上的電荷數(shù)量也回到了平衡狀態(tài)。
因為超級電容的充放電速度非常快，因此它們常常用于需要短時間內(nèi)大量電能的應(yīng)用，例如電動汽車的快速充電、電力系統(tǒng)的短時電力調(diào)整等。
但是，目前超級電容的能量密度遠遠低于鋰電池。鋰電池的能量密度通常在幾千毫安時（mAh）/公斤，而超級電容的能量密度通常僅為幾十毫安時（mAh）/公斤。這就意味著，為了提供相同的電量，超級電容必須比鋰電池要大得多。鋰電池的能量密度比超級電容更高，這意味著更小的鋰電池可以儲存更多的能量。
為了解決這個問題，超級電容研究人員正在尋求新材料，以提高超級電容的能量密度。例如使用石墨烯、聚合物和金屬氧化物等，以提高電極材料的導電性和電容量。電極結(jié)構(gòu)的優(yōu)化方面，使用納米結(jié)構(gòu)和多層電極，以提高電極的表面積，從而提高超級電容的能量密度。多層電極和納米結(jié)構(gòu)電極是提高超級電容器能量密度的兩種關(guān)鍵技術(shù)。
多層電極可以采用制多層結(jié)構(gòu)的技術(shù)，如多層膜層或多層納米結(jié)構(gòu)，以提高其表面積。而納米結(jié)構(gòu)電極技術(shù)是通過制造具有納米結(jié)構(gòu)的電極，從而提高其表面積，增加電荷的存儲量。納米結(jié)構(gòu)電極可以采用納米粒子或納米管等形式，具有更大的表面積和更高的電容值。
新型電解質(zhì)是提高超級電容器性能的關(guān)鍵因素之一。超級電容電解質(zhì)決定了電極間的電動勢差，并影響著電容器的充放電速度、循環(huán)壽命和安全性。包括電解質(zhì)濃縮技術(shù)：通過提高電解質(zhì)濃度、開發(fā)含電容價性質(zhì)的新型電解質(zhì)、將多種電解質(zhì)混合在一起、研究電解質(zhì)微納結(jié)構(gòu)等不同方向的研究，以提高超級電容器的電容值和穩(wěn)定性。
另外，超級電容在充放電過程中可能產(chǎn)生熱量，因此安全性是一個重要的問題。生產(chǎn)成本仍然較高，需要進一步降低才能推廣應(yīng)用。
目前，超級電容研發(fā)領(lǐng)先的公司和組織主要有：
Maxwell Technologies 美國的超級電容生產(chǎn)商（已被特斯拉收購），為許多應(yīng)用提供高性能和高容量超級電容。
Nesscap Energy Inc. 韓國的超級電容生產(chǎn)商，生產(chǎn)高容量超級電容，用于許多應(yīng)用，如汽車電池、太陽能儲存等。
Ioxus Inc.：美國的高性能超級電容生產(chǎn)商，為工業(yè)、醫(yī)療、軍事等領(lǐng)域提供超級電容。
Skeleton Technologies：歐洲的超級電容生產(chǎn)商，生產(chǎn)高效率和高能量密度的超級電容，用于工業(yè)和汽車應(yīng)用。
Nantong Sanjing Carbon Co中國的超級電容生產(chǎn)商，生產(chǎn)高容量和高效率的超級電容，廣泛應(yīng)用于工業(yè)和消費電子領(lǐng)域。
根據(jù)Knowledge Sourcing Intelligence機構(gòu)，預計全球超級電容的市場市場將以年復合成長率20.69％增長，從2020年的8億706萬美元到2027年達到30億1,005萬美元。當前許多國內(nèi)外知名公司和研究機構(gòu)正在投入大量的人力物力，以推動超級電容的研發(fā)和推廣?？偟膩碚f，超級電容具有巨大的潛力，是未來能量存儲技術(shù)的重要方向。我們期待著，在不久的將來，超級電容能帶給我們新的驚喜。
