超級電容作為儲能設備可以說是具有天生的優勢，鋰電池之類的主流儲能形式都是由電能轉化學能再轉電能，存在一定的能量損失，而超級電容的充放電過程中能量自始至終為電能，充放電效率極高。由于其儲能過程無化學反應，而且可逆，所以充放電壽命遠高于一般的鋰電池。

其次，超級電容的功率密度非常高，瞬時動態特性和扭矩表現更好，非常適合解決大型電動車的啟動加速問題。而且在高功率表密度下，更容易做到大功率快充，只需短短十數秒到十分鐘，就可以達到額定容量的95%以上.

在安全性上，超級電容也同樣勝過鋰電池一籌。因為超級電容是物理儲能，即便在短路的情況下，也不會出現液體泄漏、冒煙、起火、破裂或爆炸的現象，而且充放電時溫升非常小，不必擔心過熱的情況。而且超級電容的原材料無污染，是綠色的儲能設備，可以輕易達到環保標準。

那么有了這么多優點，為何超級電容還沒有取代鋰電池呢？關鍵就在于能量密度上。儲能設備的首要任務就是“儲能”，如果不能存儲大容量的電能，那么快充、壽命這些需求都是偽命題，或者是只能用于特定的場景。

超級電容的能量密度并不高，甚至普遍低于10Wh/kg，這與動輒高于150Wh/kg的鋰電池相比，可以說是致命的劣勢。

不僅是質量能量密度，超級電容的體積能量密度同樣低于鋰電池。也就是說同等電能容量下，超級電容所需的體積和質量都要大于鋰電池。對于乘用車這種結構和體積要求嚴格的產品來說，超級電容可以說是在第一輪就被刷了下來。

不過，這并不代表著超級電容不能在電動車市場找到一席之地，尤其是在公共交通上。


公共交通：弱化超級電容的劣勢

既然在體積上沒有優勢，那就不妨選擇體積要求較小的公共交通市場。早在2006年，上海就投入了超級電容公交車，在上下客期間充電30秒到1分鐘就能跑上5公里。然而這種超級電容車雖然能耗低，但設備安裝和制造成本過高，并沒有廣泛推廣。

不僅如此，充電一次存儲的能量太少，尤其是在大客流和夏天開空調的大功耗下。若要兼顧里程數的話，充電時長又很難滿足公共交通快速便捷的特性。乘客不想遇到公交車開兩站就停下充電的情況，司機也不想因為充電耽誤里程和時間。

為了解決這一問題，不少超級電容車開始采用超級電容+鋰電池混用的技術。超級電容負責解決充電速度、加速扭矩和制動等問題，而鋰電池則負責輔助解決續航里程問題。如果總行程距離并不長的情況下，可以只在首尾站架設充電弓。若是非得在中途充電的話，也可以在中間站架設充電功率低的充電弓，以解決充電時間問題。

2020年底，全國首條超級電容+鋰電池的有軌電車，廣州黃埔有軌電車1號線也開始正式運營。該線路采用的超級電容單體容量達到9500法拉，上下車間隙的充電時長不到30秒，作為輔助儲能的鈦酸鋰電池則負責緊急情況下的補償供電。


超級電容+鋰電池：黃金搭檔成為明星組合

超級電容和鋰電池的組合能夠最大限度地發揮它們各自的優點，是新型儲能系統理想的解決方案。超級電容短時大功率與電池長時能量輸出結合可以以更低的投資和運營成本實現儲能系統的普惠應用。

功率型超級電容堪稱混合儲能系統中當仁不讓的“閃電俠”，它具有大倍率（＞100C）、長壽命（100萬次）、環境適應性好（-40°C~70°C）的優點，成為了混合儲能系統至關重要的角色。超級電容的壽命是磷酸鐵鋰電池壽命的200倍左右，因此，對于頻繁的調頻動作，超級電容在生命周期內的度電成本更低，是磷酸鐵鋰電池的三分之一。超級電容是純物理器件，安全性更高，響應速度快，基本免維護，維護簡便。另外，它比飛輪儲能更加安全，經濟性更高。而這些特征很好地符合了新型電力系統的發展需求。

這樣的混合儲能系統可以覆蓋源網荷的廣泛領域，在源與網側主要體現在優化新能源發電及輔助火電廠的二次調頻應用。

新能源發電可以借助超級電容混合儲能系統的優勢來揚長避短。混合儲能系統不僅可以調峰、削峰填谷，還可以平抑新能源電站的功率波動，改善電能質量，提升新能源的消納，減少棄風棄光；超級電容提供快速調頻和電壓穩定，在頻率事件時可成功提供毫秒級別的“綜合慣性“，快速響應電網調度，減少考核；超級電容與鋰電池配合，可以實現不同時間級別的功率平抑功率輸出波動，配合電網進行快速一次調頻和二次調頻，穩定電網頻率，釋放新能源電站的備用用量，發出更多的電量；大部分短時間尺度的調頻指令由超級電容完成，減少了鋰電池儲能動作次數，減少發熱，延長了鋰電池的壽命，進而延長了整體儲能系統的壽命。

另外，混合儲能系統在輔助火電廠AGC調頻方面優勢明顯。一般來說，頻繁快速的調節會增加燃煤機組的磨損和發電煤耗，環保參數難以控制，還會危及機組自身及電網安全。當前電源結構仍以火電為主，優質調頻電源比較稀缺，供熱機組比重加大的同時，頻率控制難度也會相應升高。而混合儲能系統能夠快速充放電并精準調節輸出功率，調頻效果遠好于常規發電機組。綜合來看，儲能系統的調頻效果約是水電機組的1.4倍，是天然氣機組的2.3倍，是燃煤機組的20倍以上。江蘇、山東、甘肅、廣東等相關地區針對新型儲能參與調頻已出臺相關鼓勵政策。

混合儲能系統輔助發電機組參與AGC調頻，利用儲能系統的快速、精準響應特性來彌補常規發電機組的缺點，引入相對少量的新型儲能（容量3%左右）就能夠有效地提高電網調頻能力，提高火電廠的調頻綜合系數K值，從而提高調頻補償收益。同時，當其成為區域內優質的調頻資源時，可在電網中獲得更多的調頻里程，進一步提高了調頻補償收益，綜合調頻收益大大增加，投資回報率顯著提高。

混合儲能系統利用了超級電容的特點，同樣減少了鋰電池儲能動作次數，系統壽命延長，在增加生命周期的收益的同時提高了系統安全性，既可用于新建系統，也可用于原有電池儲能輔助調頻的改造。


電容儲能容量獲突破

最近，清華大學研究者在激光制造超級電容儲能器件方面取得研究進展，提出了一種前驅體輔助超快激光加工的新方法，用于制造小尺寸、高容量的電容器件。

近日，相關論文以《通過五氯化鉬前驅體輔助超快激光碳化制造復合型超級電容器以提高電容性能》（Fabrication of Hybrid Supercapacitor by MoCl5 Precursor-Assisted Carbonization with Ultrafast Laser for Improved Capacitance Performance）為題發表在 Advanced Functional Materials 上。清華大學機械工程系博士生郭恒為該論文的第一作者，閆劍鋒副教授為論文的通訊作者。

該方法利用前驅體對超快激光的吸收增強效應，同時誘導聚合物的碳化反應和前驅體的氧化還原反應，在降低激光加工閾值、提升加工精度的同時，原位加工出金屬氧化物與碳的復合材料電極。

利用該方法加工的電極材料具有多孔、親水的形貌特征，含有碳材料、金屬氧化物活性成分，制備的超級電容器同時具有雙電層儲能機制與贗電容儲能機制。

值得關注的是，在加工精度方面，激光加工線寬可小于 10μm，可按需加工出幾十微米尺度的電容器，為制造大量微電容、形成電容陣列，以實現更高的電壓與電流輸出奠定了良好基礎。

在比電容方面，器件的比電容可以達到 11.85mF/cm2，與相同條件下制備的碳化電容器相比，容量提升了 9.2 倍。