电池“终结者”?

“十年内超级电容市场可摧毁锂电池市场。”市场调研公司IDTechEx在《2014-2024年的超级电容市场》中的大胆预测语出惊人。

被其如此看好的超级电容器已经30多年的历史，在小型机械设备上已得到广泛应用，如电脑、照相机和音频设备等。曾经，这种器件以其充放电速度快、循环使用次数超长、环保等优点，被一些业内人士视为电动客车的救命稻草，电池的终结者，希望以其解决纯电动车能量存储和充电技术的问题。多个城市还计划大规模推广装有超级电容的公交车辆、无辫有轨电车。

早在2006年，上海巴士集团就将将首批10辆超级电容公交车投入运行。然而几年下来，“与其花大价钱造基础设施，不如发展其他种类的新能源车。”对超级电容客车发出如此感慨的正是上海市交通委科技信息处的工作人员，主要原因来自经济效益：超级电容客车对供电、配电要求太高，每个车站需新增变电、充电设施，“一条公交线的设备投资就超过2000万元”。抛除投入产出比、成本较高等因素，这类曾被业内不少人士看好的超级电容客车自身在运行中也暴露出各种问题：怕雷雨、怕高温，最要紧的是充一次电甚至跑不出一公里……

相关专家明确指出，这些现象都说明外界对超级电容的特性了解有限，对其真实能力也有误解。一般超级电容器的体积较大，与电池相比其存储电量有限，有数据表明，同等情况下仅相当于锂电池的十分之一到十五分之一。因此，搭载超级电容器的纯电动客车在一次充电之后只能完成很短的一次运行，每跑两三站就得利用乘客上下车的时间进行充电，此类客车的使用范围大大受限。

这是否意味着超级电容在客车领域再无应用前途？是超级电容真的不好用，还是业内对它的使用进行了错误的定位？

8月初，美国超级电容器生产商Maxwell公司的首席技术官Michael A.Everett与中国区总经理陈宁在Maxwell科技中国媒体沟通会上联合接受了我们的采访。作为位居世界前列的超级电容器供应商，他们除了介绍该领域的最新技术进展，更从专业角度为超级电容器的应用“归了位”，即“超级电容和电池互相弥补，不具备竞争关系。一个提供瞬时供电，一个提供持续供电，两者配合很关键”。这种应用引起我们更多的思考，各种技术之间是否一定要非此即彼、互相取代？应用错位也会终结一种好技术。

应用广泛的功率设备

《汽车纵横》：首先请您介绍一下，超级电容器有哪些特性？通常我们将它应用于哪些领域？

Michael A.Everett：Maxwell公司最重要的技术就是超级电容器，它主要是一种储能技术，能够快速地为大家提供能源，它并不像电池那样创造能源，而是通过很多不同的途径收集能源，比如从电池、车的再制动系统、风电厂的风力涡轮机中收集能源。超级电容器有非常广泛的应用，它最重要的性能就是生命周期非常稳定，可以为使用这种超级电容的所有设备提供长期稳定的生命周期。

例如在轨道交通领域，超级电容可回收火车制动等产生的能量，再把储存的能量传输到电网上，在电网峰值时可以用超级电容储存的能量支持其他功用，进一步减少整个轨道交通对能源的需求。

还有，在风电产业也可以使用超级电容器，在其他的电力系统和水电等方面我们也有同样的应用。其实在电力产业，大家一般都使用电池，但是我们超级电容系统的使用寿命更长，不需要任何维护，它是非常可靠的能源储备系统，可以在各种温度下马上释放能量。

陈宁：而且，超级电容可以做到免维护，而电池每三年需要更换一次。超级电容的工作温度的区间很大，能适应非常寒冷的环境。

Michael A.Everett：在不间断电源领域，有时突然停电会对整个系统造成一定的干扰，超级电容系统可以在瞬间提供能量，并且对整个电力系统没有任何干扰。比如很多服务器就使用超级电容设备，在停电时，这些服务器可能把相关信息立刻存到硬盘上，或者其他的一些存储系统上，超级电容相当于一种备用电源系统，瞬时给整个服务器提供电力，这样就不会产生任何损失。

十亿美金的美国货车应用市场

《汽车纵横》：超级电容器目前在汽车领域有哪些具体应用？能否也介绍一下在美国该领域的应用情况？

Michael A.Everett：目前我们专注两个领域，交通运输领域和电网领域。汽车市场是我们公司非常专注的一个重要市场，它能够帮助我们提高整个产品的销售量，同时降低技术的成本。汽车的功率需求和能量需求都可以通过超级电容来进一步满足。比如汽车的制动系统、启停系统，还有未来的主动悬挂系统等。

陈宁：汽车行业对超级电容的要求最高，产量巨大，Maxwell最早在欧洲和美国与汽车行业合作，可以预见的是大概在几年内，这些应用会进入中国的汽车市场。美国在2003年就有很多超级电容混合动力公共交通汽车了，当时在美国南加州有一个公司，给上百辆柴油混合动力客车安装了超级电容设备，这跟中国现在推广新能源汽车的力度相似。从2003年到2007年，这些柴油混合动力车现在还在芝加哥、加州，还有美国的西北地区的道路上运行。至少在美国的路面状况下，我们早期的超级电容产品，最早安装的已经运行近十年，情况基本正常。

美国的货车市场非常发达，货车从东海岸到西海岸需要三天的时间，每天晚上车要停下来，司机要休息，但它停下来时各种设备都要用电，往往导致第二天早上车辆没电了，这是一种状况。第二种状况是天气很冷时，电池电流很小，已经带动不了汽车系统，所以我们在美国推出了非常简单易拆装的启动模块，在第二天车辆启动时一下就打着，减小了车辆启动对电池本身的冲击，增加了电池的寿命。这个应用现在在美国市场有十亿美金的市场份额，开始是Maxwell在美国推动的，已经逐步被主流卡车接受。这在中国不一定会有非常大的市场，但这种应用对中国的其他相关运输车辆很有借鉴作用。

电池“终结者”OR“好伙伴”？

《汽车纵横》：曾有观点认为，在电动车领域，超级电容器完全可以取代电池，国内也推出了一些超级电容大巴等。您对此怎么看？我们应该如何准确定位超级电容器在汽车领域的应用？

Michael A.Everett：超级电容器属于功率设备，而电池属于能量设备，但是有些设备既需要功率的快速响应，也需要能量的持续供应，所以如果能源密度要求较高而电池又不能满足需求时，我们可以将超级电容和电池系统放到一起整合使用。

任何需要能源的应用，需要的都不仅仅是持续稳定的能源，也需要在峰值时的能源，这就进一步展示了电池和超级电容之间可以共同使用的重要前景。所以我们得出一个结论，就是电池和超级电容共同结合使用，这样它们的应用空间是最有利的。

陈宁：超级电容这个器件在很多领域里都有很重要的作用，有些作用是不可替代的。在电动车这个行业，超级电容到底能起到什么作用？如果电动车只是使用电池，电池有几个特性需要弥补：它的使用寿命比较短，一天一次，能充多少次？而且车辆的一起一停对电池本身就是一个冲击，特别是公共汽车，每天的起停次数很多。

所以这个状况实际上对电池的要求就有一个峰谷过程，如果峰和谷的能量需求能由超级电容提供，然后电池持续做长期的电流供应，对电池的峰谷的冲击减少，有利于电池的寿命增加，对其稳定性和安全性也会有一些帮助，而且有超级电容弥补峰谷，对电池数量的要求也相应减少，这些都会在电动车领域逐步变成一种主流应用。但是电池本身还是要解决好自己的瓶颈。

对车辆而言，有轨电车和城市快速公交车停下来时需要马上充电，充完马上开走，之后再停再充，问题是车辆停的时间很短，需要快速充电，什么器件能很快地接收这种能源？就是超级电容。但它的问题是不能带着车辆跑很长时间，除非这站和下站之间就五百米。所以超级电容可以做起停和快充快放的工作，根据站点的长短可能还会需要一些电池做补充。目前这些系统北车和南车都在做，而且有一些应用车辆正在推广。我们也与国内的合作伙伴在这方面沟通非常紧密，包括做一些定制化产品推动和支持这方面的工作。

我们认为电池和超级电容本身是很好的互相弥补的器件，它们两个之间不具备竞争关系，这一点很关键。

《汽车纵横》：从技术的角度来看，超级电容器的瓶颈在哪里？未来有多大提升空间？和电池相比，超级电容具体的优劣势体现在哪儿？

Michael A.Everett：电池的使用寿命为2?6年，周期寿命约为3000次，而超级电容器的使用寿命为8?15年，其周期寿命超过1，000，000次，与电池相比较，超级电容器使用寿命更长，不需要任何维护，但是，超级电容的能量密度比电池低得多，优势是整个功率密度很高，电池希望在能量密度和功率密度上都能够做得更好，但是这并不是电池的优势，所以也无法这样做。未来电池应在能量密度上做得更好，超级电容应在功率密度上做得更好，使用时限更长，这样两者能更加完善地融合使用。如果电池要在整个功率密度上做得很强，需要研发新的技术，这样就会像超级电容一样来降低成本应对市场的需求，我觉得这不是特别可行。比如现在的风力发电的产业，使用电池就不是正确的选择，因为电池不能满足它的需求。

其实我们也有一些计划以进一步提高整个超级电容产品的能量密度，将其现有的能量密度提高3?4倍，这样整个超级电容的性能会进一步提升。我们再次强调，在未来，其实电池技术和超级电容技术是更好的合作伙伴，相互补充，而不是超级电容在未来会替代任何一种电池。超级电容和电池，或者说能量密度进一步完善的电池产业，和功率密度更加完善的超级电容产业，应该携手并进共同发展，而不是一个来取代另外一个。

《汽车纵横》：现在各企业在对电动汽车的能量储存和补充做各种探索，刚才您也提到了，最好的应用就是电池加电容，但问题是按照现在的电池发展水平，一辆大巴车上仅电池就要占去大量的重量和体积，而电容的体积和重量也不小，客车是需要多载人以提高经济效益的，这个矛盾现您认为该如何解决？

陈宁：超级电容现在的标准是单体2.7V，要减少体积可以把单体的电压数提高，在一个标定电压的系统下减少使用量，自然减少体积。电池如此，电容也如此，但是这个方案越往后做越难，边际的难度越来越高，因为单体电容一般做到4V已经很困难了，差不多已经到极限了。

另外，电动车电池的性能会随着使用年限的增加而变得越来越差，所以一般车辆在开始设计电池使用量时，主要取决于最后车辆打算用到第几年。所以在开始几年，车辆必须装很多电池，为的是让最后一年还有足够的电。实际上那是浪费。但是在这个过程中，如果使用超级电容，就可以做一个合理的解决方案，即早期车辆无需装那么多电池，峰谷的事儿由超级电容承担，电池的寿命也会更长。这个事情就是看你从哪个角度看，其实不同的方法可以达到同一个目的。

2.85V的力量

《汽车纵横》：作为在这一领域位居世界前列的生产商，贵公司最近在超级电容器技术上有哪些新进展？

Michael A.Everett：公司最新推出了2.85V/3400F超级电容器单体，进一步刷新了行业的最新标准，同时扩展了业界标准60毫米圆柱形‘K2’系列超级电容器的功率和储能范围。可以应用到混合动力客车上，具有独特的抗冲击和抗震荡的能力。在过去，我们的产品是2.7V。新产品使用了DuraBlue?技术，工艺非常环保，正在申请专利。

陈宁：Maxwell最新的单体技术――DuraBlue?将振动和冲击的等级提高，这个技术的推出又把整个市场的标准提高了一个阶段。‘表14’和‘表12’分别是卡车车厢的振动标准和卡车底盘的振动标准，在现有市场仅有个别厂商能达到‘表14’振动标准，而Maxwell已经可以达到‘表12’的振动标准。最新的技术成果DuraBlue?解决了防冲击、抗振动、防过充等技术特性，防冲击和抗振动水平分别提高3倍和4倍，更加适应公交客车等道路运输车辆的应用。DuraBlue?也是针对中国客车市场，考虑了中国路面交通行驶情况，在运行当中振动比较高的要求来推出的，这个产品也是Maxwell中国产品本地化的重要步骤。

《汽车纵横》：这项新技术应用到汽车领域能带来哪些变化？

陈宁：这个新产品我们大概今年下半年开始推向市场。单体电压的上升可以带来具体应用模块数量的减少从而降低综合系统成本。这是我们一贯的思路，通过技术的升级换代来减少市场成本。这不只应用于中国客车行业，其他行业也有如此需求。

《汽车纵横》：您刚才提到新产品是针对中国客车市场的实际需求推出的，那么Maxwell对国内客车市场有哪些看法？目前在国内的进展如何？

Michael A.Everett：目前我们的超级电容设备已经用在全球一百多万辆汽车上，中国很多城市在混合动力公交汽车的使用上在全球引领潮流，所以我们整个超级电容系统在中国也是非常有发展前景的。现在中国有大量的混合动力公交车，我们可以帮助他们进一步提高整个能源的利用效率，在制动系统上进一步提高能效，可以进一步降低近90%的二氧化碳排放。我们的超级电容系统可以和电池系统共同应用到混合动力公交车上，帮助电池系统专注于持续供能，分担峰值负荷。

陈宁：目前，Maxwell在中国超级电容混合动力客车的保有量已超过一万辆，宇通、金龙、金旅、海格、南车等国内知名的十多家车企都已将超级电容应用于新能源汽车上。我们与中国的客车行业合作已有三四年，最近几年的增长非常快，可以说，现在在街上跑的新能源公交车上的超级电容器很多都是Maxwell提供的，这个领域将来的增长潜力巨大。超级电容在公交车方面的显著应用效果就是节能率提高30%。

总体来讲，国家政府对新能源汽车以及轨道交通的支持，是为了减少排放，减少污染和节约能源，而这几个角度都需要超级电容。在中国城市化进程中，大城市、中等城市和小城市，对客车这类交通工具的需求是多层面的，可能大城市有很多的电动客车，中小城市有很多的插电式混合动力客车，可能再小一级的乡村里还会需要混动客车，因为充电桩不足，我们希望电池和超级电容结合得更好，希望超级电容应用得更多，在这么多技术里，超级电容确实能够做到回收能源，这就意味着实际减少了能源的使用。

如何迈过成本之坎

《汽车纵横》：推广超级电容涉及另一个重要问题，就是成本。目前国内的客车厂商也在寻找本地的其他超级电容供应商，或者减少超级电容的装车数量。Maxwell如何看待国内客车厂家的这种做法，在降低成本方面有没有什么具体进展或计划？

陈宁： Maxwell超级电容的成本，包括整个行业的成本，在过去三年当中降了40%?50%。原因之一是整个行业的量上去了，成本自然会下降。

另一个原因是，我们在这么多年中一直在持续降低成本。但是这里有一个平衡需要掌握，即降低成本不能以牺牲可靠性和质量为代价，Maxwell有责任跟整个行业一起维护这个行业的良性发展，在技术革新上下功夫，不是单纯为了降低价格而降低成本。我们也有可能通过技术换代来减少每一辆车的超级电容使用量，这也是一个角度。

客车厂寻求减少电容，寻求第二供应商和第三供应商是非常合理的，客车厂是在做它们应该做的事情，它们也逐步会找到自己的一个平衡点，把综合的成本降低。

Michael A.Everett：影响到成本的重要因素，首先就是技术的进一步发展，还有系统的技术应用方案，这两个方面可以降低超级电容的整体费用，而不是单从技术上降低成本。因为现在我们已经看到，整个成本进一步下降的空间已经越来越小了，从单一的技术角度已经很难再降，所以我们推出的2.85V的新产品，也是进一步从系统解决方案上降低成本。

我们也意识到，未来在环保的技术解决方案上，技术不仅仅要尖端，它的成本也要具有可持续性，不管是电池技术还是超级电容技术都是如此，所以我们在研发技术的同时，也关注成本的有效性。

我们公司所专注的主要专利技术就是电极技术，我们也需要进一步专注能够提供更多、能够储存更多能量的储能设备系统。我们的客户所需要的是一套以系统为基础的解决方案，而不单单是一项技术或设备，所以我们会给他们提供适用于他们的一套解决方案。系统性的成本是最终成本。