​全球首艘超级电容渡轮即将投运   今年年初，为顺利完成“新生态”电容船配电站的送电工作，国网上海长兴供电公司积极推进优化电力营商环境，落实卓越供电服务行动方案，主动对接用户，参与用户内部项目推进会议，针对用户各项需求、难点、痛点制定解决方案；积极参与充电船本体及充电设备研讨，协助综合能源公司参与相关技术标准制定，同步联合政府、长兴客轮公司落实用户岸上充电方案；在提前完成外线通道电等客户的基础上，全力配合该项目工作，压减办电时间，确保最快时间送电。1月13日，随着崇明港务出线开关合闸，“新生态”号配电站在长兴岛上顺利送电。   据悉，“新生态”轮船长65米，宽14.5米，总吨1488，可载约30辆小车或14辆大车，载客165人，具有清洁环保、零排放、运营成本低、噪音低、安全性高等优点。目前，“新生态”已抵达长横对江渡口，正逐步开展调试试航工作。该船将在近期投入长兴岛和横沙岛之间航线航行，缓解长兴和横沙岛之间水上大客流压力。   这是国网上海长兴供电公司当好新能源服务的践行者，落实低碳能源转型，践行码头船舶岸电应用的里程碑。作为目前为止世界上最大的配有全回转推进器和超级电容船动力的最大车客渡船，“新生态”配备两套超级电容电池作为船舶动力，并配套2.5兆瓦级直流岸电系统充电方案，日均贡献电量3000余度，每年可节约燃油500吨左右，减少有害气体排放1520吨。”​   全程跟踪该项目的大客户经理施张锦表示，国网上海长兴供电公司按照用户意向接电时间，开展主动服务、预约服务，主动指导客户办理用电接入咨询、前期咨询和正式报装申请手续，形成从需求调研到客户接电的全程管家式服务机制，从而确保客户实际的接电需求得到满足。​

​超级电容未来道路----碳纤维复合材料(下)   要点三：力学-电化学双场耦合下结构电容的性能表现   图中结构电容和传统CFRP的图A三点弯曲（插图：测试示意图）和图B剪切强度（插图：试验示意图）测试结果对比；对结构电容力学-电化学双场耦合测试中的图C电化学三点弯曲试验和图D电化学拉伸测试（插图：测试示意图）的CV结果   图A结构电容的电化学拉伸疲劳测量（同时进行GCD测试和动态疲劳拉伸测试）；图B为图A中黄色区域的GCD曲线和循环载荷曲线。   考虑到如果将碳纤维复合材料结构电容应用到实际中，其工况应该多为在受外力载荷的同时仍能提供储能能力。因此，探究外力对器件电化学性能的影响是很有必要的。本文采用了三种力学-电化学双场耦合测试场景，在施加外部机械载荷的同时对结构电容进行电化学性能测试。实验结果表明，无论在静态恒定载荷下（电化学-拉伸测试及电化学-三点弯曲测试），还是在动态疲劳载荷下（电化学-疲劳拉伸测试），结构电容器都表现了非常稳定的电化学行为。   虽然文中的碳纤维复合材料结构超级电容器实现了机械负载与电化学储能相结合，但不可忽视的是其电化学性能与现有的液态电解质超级电容器还有很大差距。在未来的发展中，应在保证力学性能的同时，大幅度提高储能能力。总之，碳纤维复合材料结构超级电容器的概念具有广阔的工程应用前景，并且值得进一步发展。这也为碳纤维复合材料的发展与应用拓宽了道路。

​超级电容未来道路----碳纤维复合材料(上)   要点一：多功能碳纤维复合材料结构超级电容器的设计与制备   高强度、轻质量的碳纤维增强复合材料一直以来被广泛应用于航空航天、汽车、建筑等众多工程领域中。然而，传统的碳纤维增强复合材料越来越不能满足人们对工程材料的诸多需求，因此，功能化复合材料的研究热度与日俱增。   其中，一种同时具有高机械强度与良好电化学性能的多功能复合材料结构储能器件的概念被提出并吸引了许多研究者们的兴趣。它十分贴合对电动汽车，无人机，飞机等轻量化设计的理念。其高力学强度的特性使它足以替代传统的金属外壳结构，而同时又可作为储能装置为系统提供动力，从而减少甚至代替电池等储能装置的使用，提高结构的安全性并最大程度上地优化整体的重量与体积。   本文的碳纤维复合材料结构超级电容器主要由两部分组成。一部分是提供储能能力的柔性器件，是以KOH处理后的碳布作为正负电极并通过PVA-KOH凝胶电解质粘接而成。另一部分是作为支撑结构的树脂基复合材料层压板，主要提供力学强度与刚度。   本文采用了简单的成型工艺首先制备碳纤维柔性超级电容器，然后在纤维铺层过程中再将其放入树脂基复合材料层压板的层间，最终制得嵌入式碳纤维复合材料结构电容器，其结构如图1所示   图A基于KOH处理的碳布作为正负电极的柔性储能器件，图B碳纤维复合材料结构超级电容器的爆炸视图以及图C组装图。要点二：结构电容的电化学及力学性能   图A碳纤维复合材料结构超级电容器的结构；图B器件从1到100mV·s-1的CV曲线；图C不同电流密度下器件的GCD曲线；图D器件在单个、并联和串联下的CV曲线。   图A恒定负载下结构电容的电化学循环性能。插图：实验示意图；图B循环前后结构电容的EIS结果，插图：等效电路图。   本文主要对碳纤维复合材料结构超级电容器进行了循环伏安、恒电流充放电以及循环性能等相关的电化学性能测试，其结果如图2，3所示。其比容量，能量密度以及功率密度分别达到88mF·g-1，9.9mWh·kg-1和445.5mW·kg-1（这里的计算所涉及到的质量为结构电容的总重）。对于力学性能进行了三点弯曲及界面强度测试，其弯曲强度与剪切强度分别为230MPa和8.75MPa，测试结果如图4a,b所示。​

​超级电容结构与汽车电子的应用   超级电容器结构上的具体细节依赖于对超级电容器的应用和使用。由于制造商或特定的应用需求，这些材料可能略有不同。所有超级电容器的共性是，他们都包含一个正极，一个负极，及这两个电极之间的隔膜，电解液填补由这两个电极和隔膜分离出来的两个的孔隙。   超级电容器的结构．是由高比表面积的多孔电极材料、集流体、多孔性电池隔膜及电解液组成。电极材料与集流体之间要紧密相连，以减小接触电阻；隔膜应满足具有尽可能高的离子电导和尽可能低的电子电导的条件，一般为纤维结构的电子绝缘材料，如聚丙烯膜。电解液的类型根据电极材料的性质进行选择。   超级电容只要用于一次电源(主电源)的大小可满足车辆连续平均功率的要求来选择，超级电容与一次电源并联使用。超级电容与一次电源组合在一起应用，主电源的体积、容量、重量、成本都得到降低，也使电池寿命延长。   超级电容用来对付起步、加速等尖峰功率的要求,当车辆制动时超级电容吸收制动能量，有利于提高能量利用效率。   在车辆中使用超级电容还可改善安全气囊发火、座位安全带系紧、电动门锁门窗以及要求快速响应道路情况的动力悬架等的性能。

​超级电容的基本原理   双电层电容是建立在德国物理学家亥姆霍兹提出的界面双电层理论基础上的一种全新的电容器。   众所周知，插入电解质溶液中的金属电极表面与液面两侧会出现符号相反的过剩电荷，从而使相间产生电位差。那么，如果在电解液中同时插入两个电极，并在其间施加一个小于电解质溶液分解电压的电压，这时电解液中的正、负离子在电场的作用下会迅速向两极运动，并分别在两个电极的表面形成紧密的电荷层，即双电层，它所形成的双电层和传统电容器中的电介质在电场作用下产生的极化电荷相似，从而产生电容效应，紧密的双电层近似于平板电容器，但是，由于紧密的电荷层间距比普通电容器电荷层间的距离更小得多，因而具有比普通电容器更大的容量。   双电层电容与铝电解电容器相比内阻较大，因此，可在无负载电阻情况下直接充电，如果出现过电压充电的情况，双电层电容将会开路而不致损坏器件，这一特点与铝电解电容器的过电压击穿不同。同时，双电层电容与可充电电池相比，可进行不限流充电，且充电次数可达10^6次以上，因此双电层电容不但具有电容的特性，同时也具有电池特性，是一种介于电池和电容之间的新型特殊元器件   基本原理为：当向电极充电时，处于理想极化电极状态的电极表面电荷将吸引周围电解质溶液中的异性离子，使这些离子附于电极表面上形成双电荷层，构成双电层电容。由于两电荷层的距离非常小（一般0.5nm以下），再加之采用特殊电极结构，使电极表面积成万倍的增加，从而产生极大的电容量​

​震惊！我国成功解决超级电容炭被“卡脖子”问题   经过材启新材料团队的共同努力，材启新材料终于攻破电容石墨烯的种种技术难关，成功研发出高电压高能量密度超级电容电极材料电容石墨烯，这将真正解决国家超级电容炭被“卡脖子”问题。   众所周知，自工业革命以来，能源危机已经逐渐显现，由能源而引发的种种问题也在当今社会展露无疑。因此针对新能源的开发与应用愈发迫切，由能源危机引发的种种问题亟待解决。开发新型可再生能源成为当今社会的热点，然而利用可再生能源的前提是首先需将其转化为电能后才能加以利用，因此在新能源发展的整个过程还存在着一个亟待解决的关键技术性问题，即能量的存储。   目前，市场主流的储能器件有锂离子电池、超级电容器、燃料电池等，而他们又具有各自的应用特色。锂离子电池虽然能量密度高，但是快速充放问题一直很难突破并且伴随着一系列安全隐患，如自燃等隐患；与锂离子电池相比，超级电容器具有功率密度高、循环寿命长（50~100万次）、使用温度范围宽、安全可靠、环境友好等特点，因此市场发展势头十分强劲。超级电容器作为储能家族中重要的一员，展现出了优异的储能性能，目前超级电容器的能量密度已经得到很大的提升，能量密度已经不弱于早期的铅酸电池。如今市场对超级电容器的投资规模也与日俱增，据中商产业研究院预测，到2022年我国超级电容器市场规模有望达200亿元。   超级电容器按照储能机理可分为双电层超级电容器和赝电容超级电容器。超级电容器不仅能在新能源汽车、轨道交通、航空航天、电力电气、消费电子等众多领域；还在光伏、风电、机械能回收、智慧城市、国防建设等领域有着广泛的应用等。   超级电容器的电极材料是决定超级电容器性能优劣的重要影响因素，电极材料在超级电容器的成本中约占到30%~40%的份额。超级电容器电极材料主要分为活性炭材料、金属氧化物材料和导电聚合物材料。从材料成本讲，电容活性炭材料是最经济的电极材料，但是国内的电容炭研发起步较晚，量产和应用滞后，因此我国超级电容器的电容炭90%依赖于进口，其中日本可乐丽活性炭电极材料占据我国的市场份额近70%，进口电容炭价格高达50万/吨，高端电容炭超100万/吨，这严重制约了我国超级电容器的发展。   经过材启新材料团队长期的不懈努力，终于实现高压高能量密度电容石墨烯的规模量产中试，年内进行扩大产线建设，预计产量可达150吨。材启新材料量产中试的电容石墨烯电极材料的性能经过大规模的测试，展现出了优异的比电容。在水系电解液中表现高达200F/g的质量比电容，超过市场上商用的超级电容炭，经过30000圈的循环测试，比电容未见明显的衰减，并且开发出不同种类的电容石墨烯，以满足于不同种类的电解液的使用，胜任于不同应用场景，使其拥有更高的能量密度、更宽的工作温度范围、更加安全环保等优良特性。经过测试，电容石墨烯在电压窗口为3V时展现出34Wh/kg、3.5V展现出45Wh/kg、4V展现出60Wh/kg的超高电极能量密度。材启电容石墨烯具有超高耐压性能，并且高电压的脉冲不会对电极材料造成明显的损伤。材启电容石墨烯在超级电容的使用上，与目前商用电容炭相比展现出了优异性能。材启新材料量产的电容石墨烯的预售价与目前市场上的电容炭以及石墨烯的售价相比将更具有的竞争力。​

​超级电容器该怎么进行维护？   超级电容器作为新型的储能装置，具有大容量、高密度、耐用且适用范围广泛等优点，受到越来越多人们的青睐。不过，超级电容器在使用过程中也要注意维护和保养，这样才能使用更久，而且更好地发挥它的优点。今天我就来为大家介绍一下超级电容器日常维护保养的小技巧！1、保持电压   超级电容器对于电压的要求是比较严格的，如果超过了它的额定电压，就会出现电解液分解的情况，这样会直接影响超级电容器的使用寿命。所以我们在维修养护的时候要首先关注到超级电容器的电压，如果发现电压不合适应及时进行调整。2、储存环境   正确的储存环境是保护超级电容器性能以及寿命的关键要点，所以在后续的使用过程中我们应该将超级电容器存储在适宜的环境之中。温度方面要保持在零下40℃-50摄氏度之间，湿度保持在60%以下，另外还要注意储存超级电容器应避开有毒有害或存在腐蚀性气体液体的环境之中，否则会腐蚀电容器，影响使用。3、电容极性   除了电压标准，超级电容器有自己固定的电极，所以在使用前要确定好超级电容器的电极，在维修养护过程中也要时常进行检查，这样可以有效避免因电容器极性而影响电容器的性能和寿命。4、定期检查   最后，除了以上需要关注到的方面，想要超级电容器长久的使用离不开我们定期的检查，定期检查可以发现存在的隐患和问题，然后对于故障问题及时进行处理，这样才能保证电容器更好地适用，也免去了使用过程中可能会发生的不便。​

超级电容器优劣势之优势  简单概括一下三者结构和原理上的区别，就是传统电容器和超级电容器都是以物理反应为主，因此充放电速度较快，对工作温度要求低，使用次数也可以更长。而相比传统电容器，超级电容器在材料和结构上拥有更大表面积，更多层数以及双电层效应等优势，因此能量密度比传统电容器更高，锂电池的充放电都是化学反应，能够存储的能量更多，但是对于工作温度要求更加严格，电池寿命也会随着材料的损耗而降低。  首先我们来硬核量化一下两者的区别，超级电容器和锂离子电池在充电速度、循环寿命、能量密度、工作温度、内阻等各方面的数据对比。我们先来看最关心的指标充电速度，锂电池目前主流的充电速度在1~3c量产最快可以达到6c也就是说锂电池一般需要10分钟到一个小时才可以充满，而超级电状器的充电速度在1~30秒钟，支撑着这种充电速度是它足够大的功率密度，所谓功率密度就是同样重量的锂电池或者超级电容，可以什么样的速率去释放能量？  锂电池的功率密度小于1000瓦每千克，也就是说如果要驱动功率200千瓦的电动车，至少需要200公斤的电池，而超级电容的功率密度超过了1万瓦每千克，是锂电池的10倍，驱动同样200千瓦的电动车就只需要20公斤的超级电容就够了。然后我们要考察的指标是循环寿命，了解电动车的同学应该知道锂电池的循环寿命也是一大技术挑战，即便是循环寿命更高的磷酸铁锂电池，最高的循环寿命也只有9400左右，并且快充的使用会进一步的减小电池的寿命，而超级电容的循环次数可以超过10万次，最高可以达到50万次，是锂电池在50倍以上。  不仅如此，超级电容的那一组比锂电池也会更小一些，电池的内阻是电池发热以及限制快充的一大阻碍，而根据北京科技大学的研究，超级电容的内阻比fp电池的内阻要小一半以上，跟那组同样重要的是工作温度，锂电池对于温度的要求非常的严苛，天气太冷了不能充电，天气太热了又会影响电车的寿命，以至于很多人都把电动车称作电动机。  而作为对比，超级电容器可以在-40度到65度之间灵活的充放电，因此几乎可以应对我们生活中所有的环境温度，但跟锂电池比起来超级电容器的好处太多了，冲的快寿命长，而且皮实耐用，为什么超级电容器没有早早的替代锂电池呢？

​  超级电容器优劣势之锂电池与超级电容    接下来我们再讲一讲电池，以我们常用的锂电池为例，我们如果拆开一颗圆柱电池，会发现这样的结构，它包含正极、负极、电解质和隔膜。需要注意的是这里的正负极之间是电解质，而不是电介质，解和介这一字之差对应的含义几乎是完全相反的。    这里的电解质富含着各种的离子，用来帮助电流的传输，而电容器中间的电介质是绝缘体，用来阻挡电子的流动。锂电池充电的时候，在正电的锂离子从正极经过电脂质移动到负极和电子结合成新的化合物，放电时这种化合物在转化成锂离子再回到了正极，因此整个过程是化学反应，并且可能会产生不稳定的产物以及释放热量和氧气，整个过程对于温度也会更加的敏感。同时电子移动的速度也没有办法像电容器的物理变化那样快，而且随着多次充放电的化学反应，电极材料的寿命也会逐渐的降低，所以锂电池的稳定性，充电速度以及寿命损耗是三大挑战。        最后来到今天的主角超级电容器，我们都想知道它到底凭什么叫超级，和传统电容器的简单结构相比，超级电容器一般由正负电极电解液和隔膜组成的，听起来是不是很像锂电池的结构呢？超级电容器是一种介于传统电容器和化学电池之间的储能器件，我们拿其中的双电层电容器结构距离平面电极和电介质之间充满着电解液，充电时在电极表面聚集的电荷，还会吸引电解质中扩散的正负离子，吸附在电极的表面定向排列，形成双电层结构，从而存储更多电荷。    而放电时电子在电路中流动而形成双电层的正负离子，就会从电极表面回到电解液中，整个充放电只涉及电荷的物理迁移过程，不涉及化学反应，电解液也不会消耗，从而具有10万次以上的充放电循环寿命。同时超级电容器的电极主要由大比表面积的碳基材料构成，比如活性炭、碳纳米管石墨烯等等，可以和电解液充分的接触，从而携带的电量更大，电极的表面积可以有多大。以活性炭电极为例，每克的表面积可以达到1000平方米，让超级电容器在同样的体积下可以携带比普通电容器多几千倍的电量。