超级电容器支持电力向可再生能源的转变

超级电容器，也称为超级电容器，是一种特殊类型的电容器，单位体积的电容量极高，比传统电容器高几个数量级。超级电容器位于传统电容器和铅酸电池之间，无论是在比能量（每单位质量存储的能量）还是比功率（每单位质量功率）方面。铅酸电池的比功率非常低（通常小于 100 W/kg），而超级电容器实现了更高的比功率（~1,000 W/kg），但与低能量密度形成鲜明对比。

超级电容器每单位体积或质量可以存储比电解电容器多数十或数百倍的能量，并且能量存储在电场中而不是化学反应中。它们的充电和放电速度比电池快，并且比电池承受的充电和放电循环次数要多得多。由于它们可以快速捕获和释放能量，超级电容器是提供快速功率激增的卓越设备。

Ultracaps 是一项出色的技术，因为没有热失控的风险，并且不含铅、锂或钴等典型的电池危险材料。唯一的缺点，如果有的话，就是它们目前不能长时间供电（能量密度在一分钟或更短的时间内仍然可用）。

权力革命

在率先推出超级电容器和其他创新且具有成本效益的储能解决方案的领先公司中，Maxwell Technologies 成立于 1965 年，总部位于加利福尼亚州圣地亚哥。Maxwell 于 1995 年推出了第一款超级电容器，并于 2004 年开发了专有干电极工艺并获得了专利，与通用汽车和 PSA 等主要汽车公司建立了合作伙伴关系。特斯拉对将干电池电极工艺应用于电动汽车感兴趣，收购了 Maxwell Technologies。2019 年 7 月，即收购后仅两个月，一些前 Maxwell 高管和产品经理决定成立 UCAP Power，其明确意图是继续与超级电容器合作。

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 [由于电池没有耗尽，它可以旋转更长时间]，导致在这种情况下UCAP Power, Inc. 首席执行官兼总裁 Gordon Schenk 说：“节省了约 363,000 公吨 CO 2。

超级电容器为大多数需要短时间爆发式能量和功率的应用提供可靠且经济高效的电源解决方案。该技术可在短时间内提供高功率，因此非常适合与启动、停止、转弯、启动等相关的任何操作。2020 年 12 月，UCAP Power 向客户发货了其第一款产品 POWERBLoK（如图 1 所示），这是一种基于超级电容器的电池更换解决方案。2021 年 5 月，UCAP Power 与 Tesla Motors 谈判重新收购 Maxwell Technology 的某些资产，包括 Maxwell Technologies 韩国工厂，以及整个 Maxwell 产品和知识产权组合（干电池工艺除外，特斯拉保留自用） ) 包括在收购中。

图 1：UCAP 电源 POWERBLoK

“随着 Maxwell 技术现在在我们的控制之下，并且通过我们自己的产品运输，我们在全球拥有超过 85,000 台使用超级电容器的风力涡轮机，成为市场领域的主导者，”申克说。“安装 UCAP 设备的其他相关市场包括混合动力公交车、超过 700 万辆汽车和超过 1200 万个电池交付给电网客户。”

目前，该公司的主要应用是位于“上塔”的风力发电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。那些电池很快就死了。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超级电容电池，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，需要大型电池组。由于这些电池的使用寿命非常短，其中一部分已被 UCAP 解决方案取代，其中超级电容有助于在启动和停止以及需要重载（例如爬山）时维持电动机。

“最初的 Maxwell 与我们公司之间的最大区别在于，我们不仅关注超级电容器本身，还关注旨在为客户提供最佳拥有成本的整个系统级别，”申克说。“因此，我们倾向于向他们出售系统解决方案，而不是单独的超级电容器，因为它不仅可以解决一个问题。”

UCAP Power 开发的另一个解决方案是智能集成充电。由于超级电容从零电压充电并且具有不同类型的电压方案，因此充分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，它允许监控设备健康状态，降低系统成本和复杂性。韩国的晶圆厂让 UCAP Power 拥有自己的先进化学并进一步发展，这是一个带来好处的关键因素，例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以及增加电压而不牺牲寿命。

“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，而不是尝试采用较低电压的设备并尝试以更高的电压运行，”申克说。

图 2 显示了用于超级电容器制造的 UCAP 专有工艺。活性炭来自椰子壳，与粘合剂混合，然后涂在箔上以形成电极。两个电极之间有一个隔板，它们被螺旋缠绕成一个圆柱体，然后插入一个罐子里。

超级电容器具有出色的功率密度、极长的寿命、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