超级电容器实现向可再生能源的转变

超级电容器或超级电容器每单位体积的电容比普通电容器大许多数量级。无论是比能量（单位质量储存的能量）还是比功率，超级电容器都介于普通电容器和铅酸电池（单位质量的功率）之间。铅酸电池的比功率相对较低（小于 100W/kg），而超级电容器的比功率更大（1000W/kg），但能量密度较差。

超级电容器每单位体积或质量所储存的能量通常是电解电容器的数十或数百倍，并且能量储存在电场中而不是化学过程中。它们的充电和放电速度比电池快得多，并且可以承受更多的充电和放电循环。超级电容器是提供短时间浪涌功率的卓越设备，因为它们可以快速捕获和释放能量。此外，它们不存在热失控的风险，并且不包含任何常见电池的有毒元素，如铅、锂或钴。唯一的缺点（如果有的话）是它们目前不能在极长的时间内提供电力（能量密度在一分钟或更短的时间内仍然可用）。

权力的演变

Maxwell Technologies 成立于 1965 年，位于加利福尼亚州圣地亚哥，是率先推出超级电容器和其他具有成本效益的革命性储能技术的领先企业之一。Maxwell 于 1995 年创造了第一个超级电容器，并于 2004 年开发了专有的干电极方法并获得了专利，并在此过程中与 GM 和 PSA 等主要汽车公司建立了合作关系。特斯拉收购 Maxwell Technologies 是因为它有兴趣将干电池电极技术用于电动汽车。

UCAP Power 主要专注于使用铅酸电池的应用：风力涡轮机、发电机、微电网、汽车和运输。

“我们最近与圣地亚哥湾区空气质量管理局进行了一项研究。结果表明，将超级电容器放入风力涡轮机并减少风力涡轮机本身的停机时间（由于电池不会耗尽，风力涡轮机可以旋转更长的时间），在这种情况下可节省约 363,000 公吨的 CO 2 ”，Gordon Schenk 说， UCAP Power, Inc. 首席执行官兼总裁

对于大多数需要短暂爆发能量和功率的应用，超级电容器提供了高效且具有成本效益的电源解决方案。该技术可在短时间内提供相当大的功率，使其成为启动、停止、转向、启动等应用的理想选择。POWERBLoK（如图 1 所示）是一种基于超级电容器的电池更换解决方案，它是 UCAP Power 于 2020 年 12 月向客户提供的第一个解决方案。UCAP Power 和 Tesla Motors 同意在 2021 年 5 月回购某些 Maxwell Technology 资产，包括此次收购包括 Maxwell Technologies Korea 位于韩国的工厂，以及整个 Maxwell 产品和知识产权组合（特斯拉保留自用的干电池工艺除外）。

图 1：UCAP 电源 POWERBLoK

“现在 Maxwell 技术在我们的控制之下，并且通过我们自己的产品运输，我们在市场领域占据主导地位，在全球拥有超过 85,000 台使用超级电容器的风力涡轮机。安装 UCAP 设备的其他相关市场包括混合动力巴士，超过 700 万辆汽车，以及超过 1200 万个电池交付给电网客户”，Gordon 说。

目前，该公司的主要应用是位于“上塔”的风机应急变桨控制系统。有两种变桨控制系统：电动和液压。在电动变桨系统中，变桨箱内装有电池。这些电池很快就会耗尽。通常，它们的生命周期最长约为三年。客户希望确保该系统可靠，因此他们正在更换和改装具有超级电容器的电池，或立即将其安装为 OEM 产品。

另一个相关市场是混合动力公交车，需要大电池组。由于这些电池的寿命很短，其中一部分已被 UCAP 解决方案取代，其中超级电容器有助于在启动和停止以及需要重载（如爬山）的情况下维持电动机。

“最初的 Maxwell 与我们公司的最大区别在于，我们不仅关注超级电容器本身，而且关注整个系统级别，旨在为客户提供最佳的拥有成本。因此，我们更倾向于向他们出售一种系统解决方案，而不是单个超级电容器，它不仅可以解决一个问题”，Gordon 说。

UCAP Power开发的另一个解决方案是智能综合充电。由于超级电容器从零电压充电并具有不同类型的电压方案，因此了解如何为这些设备充电非常重要。由此产生了集成充电（交流或直流供电）的想法，它可以监控设备的健康状态，降低系统成本和复杂性。位于韩国的工厂使 UCAP Power 拥有自己的先进化学技术并进一步发展，这是一个关键因素，它带来了诸如减轻重量以增加比能量 (Wh/kg)、通过专有制造工艺增加功率和增加电压等好处不牺牲寿命。

“与其他公司所做的不同，我们真正专注于扩展电压范围以使用化学方法获得更好的能量密度，而不是试图采用较低电压的设备并试图在更高的电压下运行它”，Gordon 说。

图 2 显示了用于制造超级电容的 UCAP 专有工艺。活性炭来源于椰子壳，与粘合剂混合，然后涂在箔上形成电极。两个电极，在它们之间有一个隔板，被螺旋缠绕成一个圆柱体，该圆柱体被插入一个罐子中。

超级电容器具有出色的功率密度、极长的使用寿命、温度稳定性和椰子碳的使用，使其成为许多应用的首选。

图 2：UCAP+Maxwell 专有制造工艺

审核编辑 黄昊宇