超級電容器，也稱為超級電容器，是一種特殊類型的電容器，單位體積的電容量極高，比傳統電容器高幾個數量級。超級電容器位于傳統電容器和鉛酸電池之間，無論是在比能量（每單位質量存儲的能量）還是比功率（每單位質量功率）方面。鉛酸電池的比功率非常低（通常小于 100 W/kg），而超級電容器實現了更高的比功率（~1,000 W/kg），但與低能量密度形成鮮明對比。

超級電容器每單位體積或質量可以存儲比電解電容器多數十或數百倍的能量，并且能量存儲在電場中而不是化學反應中。它們的充電和放電速度比電池快，并且比電池承受的充電和放電循環次數要多得多。由于它們可以快速捕獲和釋放能量，超級電容器是提供快速功率激增的卓越設備。

Ultracaps 是一項出色的技術，因為沒有熱失控的風險，并且不含鉛、鋰或鈷等典型的電池危險材料。唯一的缺點，如果有的話，就是它們目前不能長時間供電（能量密度在一分鐘或更短的時間內仍然可用）。

權力革命

在率先推出超級電容器和其他創新且具有成本效益的儲能解決方案的領先公司中，Maxwell Technologies 成立于 1965 年，總部位于加利福尼亞州圣地亞哥。Maxwell 于 1995 年推出了第一款超級電容器，并于 2004 年開發了專有干電極工藝并獲得了專利，與通用汽車和 PSA 等主要汽車公司建立了合作伙伴關系。特斯拉對將干電池電極工藝應用于電動汽車感興趣，收購了 Maxwell Technologies。2019 年 7 月，即收購后僅兩個月，一些前 Maxwell 高管和產品經理決定成立 UCAP Power，其明確意圖是繼續與超級電容器合作。

UCAP Power 主要專注于使用鉛酸電池的應用：風力渦輪機、發電機、微電網、汽車和運輸。

“我們最近與圣地亞哥灣區空氣質量管理局進行了一項研究：結果表明，將超級電容器放入風力渦輪機并減少風力渦輪機本身的停機時間 [由于電池沒有耗盡，它可以旋轉更長時間]，導致在這種情況下UCAP Power, Inc. 首席執行官兼總裁 Gordon Schenk 說：“節省了約 363,000 公噸 CO 2。

超級電容器為大多數需要短時間爆發式能量和功率的應用提供可靠且經濟高效的電源解決方案。該技術可在短時間內提供高功率，因此非常適合與啟動、停止、轉彎、啟動等相關的任何操作。2020 年 12 月，UCAP Power 向客戶發貨了其第一款產品 POWERBLoK（如圖 1 所示），這是一種基于超級電容器的電池更換解決方案。2021 年 5 月，UCAP Power 與 Tesla Motors 談判重新收購 Maxwell Technology 的某些資產，包括 Maxwell Technologies 韓國工廠，以及整個 Maxwell 產品和知識產權組合（干電池工藝除外，特斯拉保留自用） ) 包括在收購中。

圖 1：UCAP 電源 POWERBLoK

“隨著 Maxwell 技術現在在我們的控制之下，并且通過我們自己的產品運輸，我們在全球擁有超過 85,000 臺使用超級電容器的風力渦輪機，成為市場領域的主導者，”申克說。“安裝 UCAP 設備的其他相關市場包括混合動力公交車、超過 700 萬輛汽車和超過 1200 萬個電池交付給電網客戶。”

目前，該公司的主要應用是位于“上塔”的風力發電機應急變槳控制系統。有兩種變槳控制系統：電動和液壓。在電動變槳系統中，變槳箱內裝有電池。那些電池很快就死了。通常，它們的生命周期最長約為三年。客戶希望確保該系統可靠，因此，他們正在更換和改裝超級電容電池，或立即將其安裝為 OEM 產品。

另一個相關市場是混合動力公交車，需要大型電池組。由于這些電池的使用壽命非常短，其中一部分已被 UCAP 解決方案取代，其中超級電容有助于在啟動和停止以及需要重載（例如爬山）時維持電動機。

“最初的 Maxwell 與我們公司之間的最大區別在于，我們不僅關注超級電容器本身，還關注旨在為客戶提供最佳擁有成本的整個系統級別，”申克說。“因此，我們傾向于向他們出售系統解決方案，而不是單獨的超級電容器，因為它不僅可以解決一個問題。”

UCAP Power 開發的另一個解決方案是智能集成充電。由于超級電容從零電壓充電并且具有不同類型的電壓方案，因此充分了解如何為這些設備充電非常重要。由此產生了集成充電（交流或直流供電）的想法，它允許監控設備健康狀態，降低系統成本和復雜性。韓國的晶圓廠讓 UCAP Power 擁有自己的先進化學并進一步發展，這是一個帶來好處的關鍵因素，例如減輕重量以增加比能量 (Wh/kg)、通過專有制造工藝增加功率以及增加電壓而不犧牲壽命。

“與其他公司所做的不同，我們真正專注于擴展電壓范圍以使用化學方法獲得更好的能量密度，而不是嘗試采用較低電壓的設備并嘗試以更高的電壓運行，”申克說。

圖 2 顯示了用于超級電容器制造的 UCAP 專有工藝。活性炭來自椰子殼，與粘合劑混合，然后涂在箔上以形成電極。兩個電極之間有一個隔板，它們被螺旋纏繞成一個圓柱體，然后插入一個罐子里。

超級電容器具有出色的功率密度、極長的壽命、溫度穩定性和椰子碳的使用，使其成為許多應用的首選。

圖 2：UCAP+Maxwell 專有制造工藝

審核編輯 黃昊宇