西安交通大学教授，在国际一流期刊上发表文章70余篇，主持国家自然科学基金2项。 长期从事能量存储与转换、低温余热回收与发电系统研究。
在比赛场上，人们感受不同赛事带来的力量之美！有人善于爆发，像百米飞人比赛，炸裂式的肌群拉弹看得让人血脉膨胀；也有人善于耐驰，像马拉松比赛，源源不断地能量输出让人由衷钦佩；也有人柔中带刚，快中有慢，尽显运动魅力。
而在储能界，也同样存在“力量之美”。能量型器件犹如田径界的长跑者，拥有持久能量输出的能力；功率型器件犹如百米飞人，拥有惊人的爆发力，可短时快速输出能量。目前，在实际应用中，能量型器件得到了更多的青睐。尤其像动力电池，3C电池，储能电池等，其根本原因是大多数应用场所属于中等功率或低功率应用场所，因此电池即可满足其应用条件。然而，对于电池而言，其功率输出并不高。从图1中我们看出，能量和功率似乎是此消彼长的关系，若其单位体积内的包含的能量高，则其功率密度偏低，反之亦然。因此，对于高功率输出要求下，则要使用到另一类电源设备-超级电容器。
在当前储能应用中，超级电容器尽管没有电池应用那么广泛，但也有其无法替代的领域。在介绍其应用之前，先介绍其三个核心特点：
功率密度高。即可短时间之内（几秒-几分钟）即可充满或释放电能，最高功率密度通常能达到10 kW/kg以上，该特点主要由其储能原理决定。目前主要基于两大快速储能原理，即物理吸附和法拉第赝电容电化学反应。物理吸附好理解，离子吸附得快，释放得也快。另外一个是法拉第赝电容电化学反应，能够理解成表面浅层区的电化学反应。一旦涉及到电化学储能，便会涉及到离子的扩散。离子从表面扩散到材料芯部则会比较慢，这也是电池功率低的根本原因。而离子从表面扩散至近表面的浅层区是比较快的，所以，其离子扩散路径短，因此功率密度高。但这两种储能机理下所存储的能量多比较小，因此其单位体积内的包含的能量小。
寿命长。基于物理吸附的超级电容器一般会在100万次以上，基于赝电容的超级电容器也能达到几万次以上。然而，一般的电池使用寿命仅有2000-4000次循环寿命。根本原因是物理吸附对材料的结构不造成损伤；而法拉第赝电容电化学反应也仅发生在材料近表面区，对材料结构也没有造成太大伤害，因此，寿命较长。而如锂离子电池等，离子从表面扩散到芯部会使材料整体发生较大的晶格畸变，离子脱出时又会经历一番畸变，如此往复循环，晶格就会疲劳破坏，从而使离子储存能力变弱，单位体积内的包含的能量降低。
能量回收效率高。因为超级电容器对大、小电流是“来者不拒”，更能耐受大电流充电，所以，对于制动能量回收非常有利。目前，可知的最高能量回收效率可达45%。同时，这一特点也为其与电池配合使用创造条件，比如储能电池中，不稳定的新能源电力对电池的冲击都能够正常的使用超级电容器来缓解，起到保护电池的作用。
场景一：频繁启动与制动场景。比如地铁，公交车，行车等。以地铁为例，它会在进站时将能量高效回收并储存在超级电容器系统中，出站时用能够正常的使用电容器启动地铁，这样做才能够有效节约电能。据报道[1]，广州地铁应用该电容系统，场站综合储能电源平均节约电能1400 kWh/天·站，每年减少排放490吨二氧化碳，每年节约电费约51万元。1条地铁线个站考虑，每年可减少排放9800吨二氧化碳，每年节约电费1020万元。
此外，超级电容器在高铁上也将会有很好的应用前景。其能量回收将更加显著。另外，电容公交大巴在上海早已运行多年，尽管单位体积内的包含的能量低，但是其充电快，寿命长，非常适合于这种短途，频繁启动/制动场景。
场景二：高功率短时输出场景。在最新一代的高端武器研发中，高功率器件是不可或缺的核心装备之一，比如激光武器，电磁脉冲武器等，这类武器需要电源在极短的时间内输出巨大能量以达到摧毁目标的目的。超级电容器成为该类电源的不二之选。通过合理的电源管理设计能轻松实现连续的高功率输出。
场景三：固定式充电桩/移动充电机器人。汽车动力电池充电时，未来发展趋势一定是快充技术，无论是固定式充电桩还是移动充电机器人，面临的挑战都是高功率充电技术，而超级电容器无疑也成为突破这一技术的重要选择对象，尤其是移动充电机器人，“电池+电容”双电配合使用，高能量密度的“大充电宝”+超高功率密度的超级电容器，可以很好地实现这一目标，让快充技术更进一步。
超级电容器具备独特的高功率、长寿命和高效的能量回收等特点，使其在某一些场合成为无法替代的电源系统。而如何扩大超级电容器的应用领域，除了超级电容器电芯在功率和能量输出方面提升以外，在超级电容器电源管理系统等也需要同步发展。在大规模储能方面，非常有潜力成为储能电池的辅助器件，通过共建“双电”模式，以实现提高脉冲充电能力并延长电池使用寿命的目标。
（1）双碳科学技术创新十大典型案例摘编——“超级电容器综合储能电源技术推动地铁节能减排”项目
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