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- 1、电容wh是什么单位
- 2、超级电容器再度来袭，但充电5分钟才能跑100公里？
1、电容wh是什么单位
这是超级电容的容量标识。wh=瓦*时=3600瓦*秒=3600焦耳。电容（Capacitance）亦称作“电容量”，是指在给定电位差下的电荷储藏量，记为C，国际单位是法拉（F）。
电容（或称电容量）是表现电容器容纳电荷本领的物理量。电容从物理学上讲，它是一种静态电荷存储介质，可能电荷会永久存在，这是它的特征，它的用途较广，它是电子、电力领域中不可缺少的电子元件。主要用于电源滤波、信号滤波、信号耦合、谐振、滤波、补偿、充放电、储能、隔直流等电路中。
2、超级电容器再度来袭，但充电5分钟才能跑100公里？
许久没在行业内活跃的超级电容器又有了新的消息。
2月初，澳大利亚昆士兰科技大学的研究人员设计出了一种新的混合超级电容器，在保持超高充电功率的基础上，能量密度相比此前的超级电容器显著提升，已经接近镍氢电池。
但尽管如此，不到目前主流动力电池三分之一的能量密度，仍然未能解决其“充得快、跑得不远”的问题，仍然无法让其作为新的电池方案应用于电动汽车的动力输出。
充电超级快的超级电容器
从技术上来看，超级电容器属于第三代储能装置。第一代为机械式储能，如飞轮、发条等；第二代为化学式储能，如铅酸蓄电池、镍氢电池、锂电池等；而第三代就是以超级电容器为代表的物理式储能装置。
超级电容器的“前身”当然是电容器。两个相互靠近的导体作为电极板，中间夹一层不导电的绝缘介质，这就构成了电容器。当电容器的两个极板之间加上电压时，电容器就会储存电荷。
电容器原理
超级电容器则是在传统电容器基础上，在两个极板之间加入电解液和隔膜，同时极板材料应用活性更好的活性炭、金属氧化物等，在实现电容器储存电荷功能的基础上，将其升级为可供充放电的电池，同时显著加大电荷存储效果。
目前，超级电容器主要分为三种——双电层电容器、法拉第赝电容器和混合超级电容器。
双电层电容器原理
双电层电容器保持了电容器最大的特性——物理储能，即电解液与极板之间不是像目前的化学电池如锂离子电池一样，产生“嵌锂脱锂”的化学反应实现充放电，而是利用极板电荷与电解液离子的极化作用实现充放电。
这也是超级电容器的最大的特点，此种物理储能由于不涉及化学反应，能够实现更快速的充放电速率。同时，由于没有化学反应，电极材料可以拥有更长的寿命。
两个最明显的数据可以说明超级电容器的性能优势。超级电容器的功率密度（代表充电能力）是锂离子电池的25~60倍。当前，锂离子电池的快充速度普遍在1小时左右，而超级电容器能够实现分钟级别甚至秒级的充满速度；锂离子电池的重复充放电次数一般在2000次左右，而超级电容器则能达到100万次以上。
但双电层电容器也有致命的缺点。其难以储存更多的能量，虽然充的快，但充的电量少。超级电容的能量密度在4~8Wh/kg，不到锂离子电池的1/10（100~300Wh/kg）。
也就是说，其充满一次电也就是能跑几十公里。
为了解决这个问题，就有了第二种超级电容器——法拉第赝电容器。其是以“准电容-准电容”为主要机制，在电极表面的二维或准二维空间上，正极和负极表面分别以金属氧化物的氧化/还原反应为基础或以有机半导体聚合物表面掺杂不同电荷的离子为基础，产生与电极充电电位有关的电容。
由于产生了电化学反应，在相同的电极面积的情况下，法拉第赝电容器的容量是双电层电容的10—100倍，同时本身电容器的结构也能实现较好的充放电速率。
而混合超级电容器则是更进一步，一个极板上采用双层电容器结构，另一个极板上采用有电化学反应的结构，实现充电功率和能量密度的双重平衡。
这也是此次昆士兰科技大学在研究的超级电容器类型。数据显示，经过测试，该电容器能量密度达到73Wh/kg，比早期的超级电容器能量密度实现了数十倍的提升，接近镍金属氢化物电池，也接近达到目前高能量密度锂离子电池的30%，而其功率密度（充电能力）是锂电池的10倍左右。
技术有突破，但产业化路径还很漫长
基本原理了解后，我们来看看产业应用的情况。
目前来看，尽管超级电容的技术研究有所突破，但产业发展仍然缓慢滞后。
事实上，超级电容器上一次引起行业关注还是两年前特斯拉以 2.18 亿美元溢价 55% 收购Maxwell的时候。
Maxwell制造的超级电容器
不同于像固态电池这样的前沿技术被众多初创公司所追逐，Maxwell已是超级电容器领域的老玩家。其前身是 1965 年成立的 Maxwell 实验室，总部位于美国圣地亚哥，最初主要为美国军方和其他政府机构提供研发服务，1990 年代转向技术和产品商业化应用，目前主要业务领域涉及超级电容器和干电极技术等。
在被特斯拉收购之前，Maxwell曾经在中国市场风光一时。2007年国内开始推广新能源汽车时，作为主力的新能源公交车上曾大规模的使用超级电容器。
彼时，超级电容器仍然是“超高充电功率、超低能量密度”的情况。而当时的新能源公交车主要为混合动力模式，超级电容器不作为主要动力系统，而是在公交车制动进行能量回收时，将制动能量迅速存储在超级电容器中，实现节能效果。
尽管不是主要动力来源，但早期大量的新能源汽车推广还是让Maxwell挣了一大笔，顶峰时期的2013年，Maxwell在中国市场的营收占比一度达到50%。
但后来情况发生了变化，2013年后，国内新能源汽车开始以能量密度高低进行补贴，拥有更多优势的纯电动汽车开始受到更多关注，而这正是超级电容器的软肋，Maxwell在中国开始遇冷，营收大幅下滑。
特斯拉2019年初收购Maxwell时自己都还处于亏损状态，55%的溢价收购当时在业内也是引起不小的讨论，多数业内人士都猜测其仍然是想利用超级电容作为辅助系统配合锂电池使用，优化电动汽车的动力系统。
但被收购两年后，Maxwell的表现相当低调，特斯拉也一直没有表示其收购Maxwell的意图到底是将超级电容作为辅助技术还是核心动力来源。
而从当前超级电容的应用来看，尽管能量密度已在提升，但真正作为核心动力代替锂离子电池还有些遥远。
从数据来看，昆士兰科技大学最新研发的超级电容器73Wh/kg的能量密度是目前已知的最优超级电容。
但按照这个数据，尽管充电功率是普通电池的10倍左右，能够实现几分钟内将电充满，但此种能量密度下，也只有150公里的续航，仍然不理想。充电5分钟跑150公里，和充电半小时跑500公里相比，显然并没有更多优势。
而且，这还是未走出实验室的最优数据。
同时，目前来看，超级电容器仍然多用于城市公交的启停制动回收系统或混动汽车的补充能源中，也有不少企业将其用在光伏、风能等的储能环境下。从国内一些企业的表现中，我们也能看出不少端倪。
国内有不少超级电容器产业上的企业，如江河股份、新宙邦、奥威科技等。
其中，新宙邦也是Maxwell多年的合作企业。新宙邦有四大主营业务——锂离子电池电解液、电容器化学品、有机氟化学品和半导体化学品，其中电容器化学品主要是电容器用电解液，长期供应给Maxwell。
但随着国内锂电池应用规模的加大，从2015年开始，新宙邦的最大营收已经被锂离子电池电解液占据，2019年该产品实现营收11.57亿元，在公司营收中占比49.75%；电容器化学品作为此前传统优势产品，受行业及公司转型影响，2019年营收占比已降至22.19%。
而作为国内主要的超级电容器制造企业，江河股份在2020年底对投资者的答疑中表示，目前公司超级电容器的主要订单来自风电和光伏储能企业；同样主营超级电容器业务的奥威科技，也表示目前产品成熟应用的领域主要在城市客车、城市轨道交通车辆、电力机车、船舶等领域。
结语
基于技术上的瓶颈，仍然难以实现高能量密度的超级电容器真正应用在新能源汽车显然还难以在短时间内实现。
当然，技术的研发和产业的推进都需要时间，充电快、续航高的动力电池是行业追求，Maxwell拥有超级电容器技术的同时，其干电极（电极材料中不掺入溶剂）技术也在不断研发。
相比当下主流的湿电极（电极材料中掺入溶剂）技术，干电极技术能使得电池系统拥有更高的能量密度。Maxwell也正在将干电极技术应用到超级电容器中，致力于提升其能量密度。
技术路径推进虽慢，超级电容器产业化虽远，但我们也满怀期待“充电5分钟、续航1000公里”的动力电池早日出现。
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