直到最近，超級電容器（超級電容器）還在電路保護和短期備用電源等相當(dāng)平凡的任務(wù)中工作，但是應(yīng)用已經(jīng)擴展到電動/混合動力汽車，可再生能源; 隨著能量收集，可穿戴設(shè)備和物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)揮。超級電容器市場預(yù)計到2023年將達到110億美元，因為超級電容器很快將會擴大與芯片尺寸的MEMS微型超級電容器的范圍。目前的趨勢包括混合超級電容/電池混合設(shè)備，表現(xiàn)得更像一個理想的電池; 目標(biāo)是用超級電容代替充電電池，使充電疲勞成為過去。
超級電容器，超級電容器或“超級電容器” 存在電容器和電池之間的存儲能力，像電池一樣，它們有緩慢釋放能量的能力。與電池不同，超級電容器可以在幾秒鐘內(nèi)充電，而不會像充電電池那樣容量下降。他們可以忍受幾乎無限的充電周期。超級電容器自1996年以來一直作為電力儲能電池進行批量生產(chǎn)，隨著技術(shù)接近電池的能量密度，超級電容器準(zhǔn)備高速增長。超級電容也具有很長的使用壽命，而不考慮多個充電周期。
超級電容器比普通電容器具有更高的能量密度，但比電池的能量密度更低。理論上，您可以用超級電容替換電池，但用超級電容代替整個Tesla Model S電池組將會占用過多的電量。
對于電動汽車，超級電容器在起動/停止系統(tǒng)，發(fā)動機輔助系統(tǒng)和充電站中占有一席之地。超級電容還可以執(zhí)行基本的功能，例如吸收電池的高電流瞬變，這可以延長電池使用壽命，但代價是更高的設(shè)計復(fù)雜性和更大的空間要求。雖然超級電容器正在使用，但由于存儲密度更高，電池在短期內(nèi)是電動汽車的主流。為了鼓勵市場上更多的電動汽車，特斯拉汽車公司向所有人開放了電池專利。特斯拉首席執(zhí)行官伊隆·馬斯克（Elon Musk）表示，這是“開源運動的精神，為電動車技術(shù)的發(fā)展而做的”。
他繼續(xù)說道：“技術(shù)領(lǐng)導(dǎo)力并不是由專利來定義的，歷史已經(jīng)反復(fù)證明，這些專利對確定的競爭對手來說是小保護，而是由公司吸引和激勵世界上最有才華的工程師我們相信將開源哲學(xué)應(yīng)用于我們的專利將會加強而不是削弱特斯拉在這方面的地位。“

超級電容器的基本原理
標(biāo)準(zhǔn)電容器在兩個相對電極之間的電介質(zhì)材料中累積電荷。超級電容器不能將能量儲存在電介質(zhì)中。通用電氣公司首先在1957年使用碳材料觀察到物理現(xiàn)象，超級電容器儲存能量。超級電容使用極高的活性炭表面積，這與高電容有關(guān)。這些雙層電容器也被稱為超級電容器或EDLC（電化學(xué)雙層電容器）。復(fù)合材料，尺寸和幾何形狀影響超級電容器的法拉值。
電荷通過在活性炭薄層內(nèi)的離子遷移而累積。當(dāng)在電容器的電極上施加電壓時，離子遷移以試圖逆轉(zhuǎn)電極上的累積電荷（充電循環(huán)）。帶負電荷的離子向正極移動，反之亦然，產(chǎn)生一個正極和一個負極層。電壓的缺失使得離子返回，并且在相反的方向上移動。這是循環(huán)的放電部分。特殊材料提供了一個推動：在開發(fā)石墨烯為基礎(chǔ)的超級電容能量密度相當(dāng)于鎳氫電池，但沒有可充電電池的缺點。超級電容器的充電速度非?？欤诔潆娭芷诜矫鎺缀鹾敛涣羟?。

微型超級電容器
微型超級電容器是一種駐留在芯片上的微型電源，基于平面石墨烯的器件有望達到大于電解電容器的功率密度。除了微型MEMS類器件之外，它們還適合多次彎曲微型超級電容器的柔性微器件應(yīng)用，不會影響性能。這對于可穿戴設(shè)備和物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用來說是理想的。絲網(wǎng)印刷固態(tài)柔性微型超級電容器在玻璃，硅基片和紙張上正在開發(fā)中。
這對可穿戴設(shè)備和物聯(lián)網(wǎng)市場意義重大。想象一下裝有超級電容器的旋轉(zhuǎn)齒輪，旋轉(zhuǎn)的齒輪在通過能源時給每個超級電容器充電?，F(xiàn)在將設(shè)備想象成一個芯片內(nèi)部的MEMS器件。使用能量收集的當(dāng)前傳感器受到電池充電循環(huán)壽命和充電時間慢的限制。超級電容器實現(xiàn)了快速充電時間，但仍然沒有很大的能量儲存容量，因此電池是必要的。一個可以從中受益的應(yīng)用程序是一種即時充電工具，在這種工具中間歇使用，頻繁的插入/對接不成問題。

應(yīng)用
當(dāng)今的混合動力汽車在停止時完全關(guān)閉發(fā)動機，然后從超級電容器開始。超級電容器傳統(tǒng)上被用于突然爆發(fā)能量或爆發(fā)時使用能量的應(yīng)用。
超級電容器可以在停電時用作備用電源，以實現(xiàn)正確的關(guān)斷順序。智能手機使用超級電池備份電池，實時時鐘和相機閃光燈。智能電表使用超級電容作為后備電源。USB產(chǎn)品可能會將它們用于峰值功率輔助。超級電容器通常用于太陽能系統(tǒng)，傳感器網(wǎng)絡(luò)，能量收集應(yīng)用以及計算機顯示器的零瓦待機電力。在空閑或待機模式下，超級電容，監(jiān)視器和其他電子設(shè)備完全不需要電力，從而提供攔截喚醒信號所必需的最小功率，并啟動微控制器的喚醒序列。這個設(shè)置被稱為零瓦待機。自動水龍頭使用超級電容器，在下一次充電循環(huán)中有水流發(fā)電。
超級電容器非常適合適合物聯(lián)網(wǎng)（IoT）的遠程，無線或電池供電產(chǎn)品。微型超級電容器的小尺寸也不會受到傷害。物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備是智能傳感器，通過互聯(lián)網(wǎng)提供有關(guān)自己或其環(huán)境的數(shù)據(jù)，作為對整體智能過程的貢獻，并通過設(shè)備之間的機器到機器通信實現(xiàn)。物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備可以在沒有人為干預(yù)的情況下采取行動，盡管人類設(shè)置，監(jiān)控和最終控制物聯(lián)網(wǎng)。

創(chuàng)新者
作為超級電容器創(chuàng)新者，麥克斯韋技術(shù)公司已經(jīng)設(shè)計了用超級電容器替代傳統(tǒng)汽車電池。超級電容器連接在一個較小的鉛酸電池上。隨著電力需求峰值（如加速度）的增加，電池所能提供的整體能量有所下降。以較慢，穩(wěn)定的速度放電時，電池可持續(xù)較長時間。超級電容可以消除電池的高峰需求。同樣的情況適用于電源。

結(jié)論
直到最近，超級電容器已經(jīng)被降級到相當(dāng)普通的應(yīng)用，例如內(nèi)部電池備份和內(nèi)存保護，但在過去的幾年里，它已經(jīng)大量擴展到智能手機，混合動力和電動汽車以及能量收集。技術(shù)有望用超級電容器替代更多可再充電電池。