20140709-东方证券-电子行业深度报告电容应用新境界新能源、储能迎来大发展

1、 电子行业电容应用新境界，新能源、储能迎来大发展 中性 看淡 (维持)看好投资要点行业评级国家/地区行业 报告发布日期中国/A 股电子 2014 年 07 月 09 日 电容应用的三重境界：电容器的应用正沿着消费电子被动元件新能源核心器件（包括工业类）储能（超级电容）的路径前进，消费电子仍是最大的应用领域，但新能源及其他工业类应用正处于黄金发展期，而下一个超级市场储能应用市场也正在开启，我们看好高压薄膜电容、超级电容分 别在新能源和未来储能市场的应用。 电子沪深300高压薄膜电容将有望受益于新能源、新能源汽车市场的长期增长，龙头厂商有望显著受益：高压薄膜电容是新能源中能源控制、电源管理、电源逆

2、变以及直流交流变换的核心器件，未来将有望受益于新能源、新能源汽车市场的长期增长，我们测算 2014-2015 年国内新能源用高压薄膜电容市场规模5.60、7.04 亿元，2020 年有望达到 18 亿元，年均增速 22%，而且下游大客户的属性决定了市场份额集中度远高于传统电容，本土龙头厂商将显著受益 并伴随着国内逆变器/变流器/新能源车厂商共同成长。 41%27%14%0%-14%深度报告超级电容是绿色储能的革命，市场蓄势待发：超级电容电容量大的特点使之可以直接作为储能装置，而且属于物理储能，充放电速度快、循环寿命长、无污染，目前 EDLC 超级电容已经在消费电子、车辆启停系统等有应用，超级电

3、容公交车、有轨电车也开始起步，潜在市场空间数百亿元。未来锂离子超容等混合超容能量密度更大，有望在更多场合进一步提升实用性，加快商 用。 资料来源：WIND投资策略与建议： 看好国内公司弯道超车的机遇：日美韩等公司长期占据全球电容龙头地位， 国内电容龙头公司近年来发展速度远超海外龙头，产品升级趋势明显，正沿着低中高端的路径实现进口替代，而高压薄膜电容、超级电容等新品将提供弯道超车的机遇，看好国内电容龙头江海股份（002484，买入）、法拉电子 （600563，买入）。 风险提示新能源、新能源车景气下滑风险；超级电容应用不及预期风险证券分析师蒯8514kuaijiano

4、执业证书编号：S0860514050005【行业股价目标价评级20132014E2015E2016E联系人胡誉7518证券研究报告】江海股份法拉电子19.6834.400.391.270.521.520.691.800.832.1125.1539.45买入买入资料来源：公司数据，东方证券研究所预测，每股收益使用最新股本全面摊薄计算，(上表中预测结论均取自最新发布上市公司研究报告，可能未完全反映该上市公司研究报告发布之后发生的股本变化等因素，敬请注意， 如有需要可参阅对应上市公司研究报告)东

5、方证券股份东方证券股份经相关主管机关核准具备证券投资咨询业务资格，据此开展发布证券研究报告业务。 及其关联机构在法律许可的范围内正在或将要与本研究报告所分析的企业发展业务关系。因此，投资者应当考虑到本公司可能存在对报告的客观性产生影响的利益冲突，不应视本证券研究报告为作出投资决策的唯一因素。 有关分析师的申明，见本报告最后部分。其他重要信息披露见分析师申明之后部分，或请与您的投资代表联系。并请阅读本证券研究报告最后一页的免责申明。 13/0713/0813/0913/1013/1113/1214/0114/0214/0314/0414/0514/06重点公司盈利预测及投资评级 行业表现 目录1

6、.电容：被动元件新能源核心器件储能41.11.2电容器应用的三重境界4相对看好高压薄膜电容、超级电容等52.高压薄膜电容大幅受益于新能源市场启动电容器是光伏、风电、新能源车的核心器件之一7高压薄膜电容在新能源领域崭露头角9市场规模长期保持在 20%以上增长123.超级电容绿色储能的革命，进入启动时点..3.3.2绿色储能的革命物理储能14目前以 EDLC 为主应用于消费电子和功率型场合15小功率 EDLC 应用于消费电子场合15中大功率应用于车辆启停系统、能量回收等17公交车、有轨电车的储能单元也开始起步19混合超级

7、电容将进一步提升超级电容性能22混合超容能量密度大幅提升22在电动自行车、公交车、有轨电车等应用中有望大幅提升244.看好国内公司弯道超车的机会2电容行业日美韩等公司占据绝对优势26传统产品的进口替代路径清晰27高压薄膜电容、超级电容等新产品提供弯道超车机遇295.风险提示305.15.2新能源、新能源车景气下滑风险30超级电容应用不及预期风险30 图表目录图 1：电容是三大被动元件中规模最大4图 2：电容器下游应用（以铝电解为例）4图 3：电容应用领域5图 4：目前电容器市场规模分类7图 5：光伏逆变器所用电容7图 6：电容在风电变流器中的应用简图8图 7：新能源车8图

8、8：金属化薄膜电容10图 9：展开示意图10图 10：电动汽车逆变器从铝电解到薄膜式（丰田普锐斯）11图 11：电容占据光伏逆变器成本的约 8%（当前数据仅考虑最主要的 DC-Link 电容）12图 12：国内新能源、新能源车用薄膜电容需求规模（亿元）14图 15：储能方式的变革14图 16：EDLC 与普通电容器原理比较16图 17：EDLC 结构图16图 18：LED 闪光灯峰值辅助17图 19：电脑等电池辅助17图 20：马自达智能启停18图 21：超级电容器在启停系统汽车和能量存储方面销售额（百万美元）18图 22：超级电容公交车（能量密度 5Wh/kg）20图 23：超级电容有轨电车

9、（能量密度 7.1Wh/kg）20图 24：EDLC、混合超容比较22图 25：混合超级电容23图 26：锂离子超级电容在太阳能储能上的应用25图 27：铝电解电容全球市占率（2010 年）26图 28：薄膜电容全球市占率（2007 年）26图 29：进口替代的路径低中高端27图 30：电器器出口迅速放大，进出口逆差逐渐缩小（亿元）28图 31：Nichicon、江海股份营收比较（亿元）28图 32：Nichicon、江海股份利润率比较28图 33：Kemet 与法拉电子营收比较29图 34：Kemet 与法拉电子利润率比较29 1. 电容：被动元件新能源核心器件储能1.1 电容器应用的三重境

10、界电容器是三大被动电子元器件（电阻、电容及电感）之一，是电子线路中必不可少的基础电力电子元器件，具有阻直流、通交流的特性，广泛应用在电源电路、信号电路中，发挥旁路、去耦、滤波、储能、耦合、振荡/同步、时间常数等作用。电容器全球市场规模约 180 亿美元，是三大被动元件中用途最广泛、用量最大的一个。 图 1：电容是三大被动元件中规模最大图 2：电容器下游应用（以铝电解为例）市场规模/亿美元200180160140120100806040200电容电阻电感数据来源：东方证券研究所数据来源：艾华集团资料、东方证券研究所我们将电容器的应用分为消费电子被动元件、新能源核心器件（包括工业类应用）、储能三重

11、境界：消费电子被动元件消费电子仍是电容器的最主要下游应用，电容器在弱电领域起到旁路、滤波 等功能，市场规模大约 100 亿美元，占消费电子终端产值的 1%（手机、PC、平板、电视等消费电子终端市场规模 1.2 万亿美元），目前市场增长和格局都已经比较平稳； 新能源核心器件（包括工业类应用）电容器在工业类的应用包括工业电源、照明、通信、变频 家电等，其中新能源应用是目前增长最快的细分领域，电容器是逆变电路中的核心器件之一，可以吸收高脉冲电流、承受瞬时过电压、并对输出电压平滑滤波等功能，在光伏逆变器、风电变流器、新能源 车、伺服器、变频器等广泛应用，单价高，在光伏逆变器成本中占比达到 8%左右。新

12、能源应用的兴起使高压薄膜电容、铝电解电容在大功率场合的应用迅速提升，未来还将有望保持快速增 长； 储能电容器的储能市场刚刚启动，超级电容超大容量的特性使之可以直接作为储能模块，属于 物理储能，具有充放电速度快、放电功率大、循环寿命长等优势，目前 EDLC 超级店已经开始应用在超级电容公交车、有轨电车上，未来混合超级电容能量密度进一步提升将有效提升超级电容的 整体性能，并有望迅速扩大应用场合。 整体来说，电容器的应用正沿着消费电子被动元件新能源核心器件（包括工业类）储能（超级电容）的路径前进，目前新能源应用及其他工业类应用处于黄金发展期，而下一个超级市场 储能应用市场也正在开启。 图 3：电容应

13、用领域储能 超级电容车 大功率不间断电源 光伏、风电储能模块新能源核心器件 光伏逆变器 风电变流器 新能源车 变频器 数控和伺服系统 工业和通讯电源消费电子被动元件 手机、电脑 电视、显示器 电子玩具及其他强电整流、滤波、旁路等功能 弱电整流、滤波、旁路等功能 储能数据来源：东方证券研究所1.2 相对看好高压薄膜电容、超级电容等 电容主要包括铝电解、钽电解、陶瓷电容、薄膜电容等，不同的电容器使用领域不同，铝电解具有 耐高压、电容量大、体积小等优势，因此在消费电子、工业类、甚至储能领域都有较广泛应用；薄膜电容阻抗低、高频特性好、耐高压，在新能源应用中逐渐成为主流；陶瓷电容高频特性好，在电子产品、

14、通信领域应用广泛，从终端产品需求的维度来看： 消费电子产品铝电解电容、钽电解电容、陶瓷电容（例如 CPU 等高频设备）工业类（新能源）铝电解电容有成本优势，在较低功率领域（例如 1.5MW 以下光伏逆变器）仍占据一定市场，但高压薄膜电容是主流； 储能目前铝电解电容在部分领域应用，但超级电容无疑是未来的主流。 表 1：各类电容器主要性能和应用领域对比数据来源：江海股份招股书、东方证券研究所目前铝电解和陶瓷电容占据绝大多数市场，分别占据 34%和 43%。但我们看好未来薄膜电容（尤其是高压薄膜电容）、超级电容市场占比将迅速提升： 薄膜电容成为新能源领域主流通常情况下，薄膜电容器相比铝电解电容的电压

15、不高，但高压薄 膜电容凭借金属化箔的自愈性，在新能源领域成为主流电容。 超级电容引领绿色储能技术发展超级电容由于具有功率密度大、充电时间短、终生免维护、使 用寿命长、零排放等诸多优点,在新能源汽车及高铁轨交中具有能量回收、提供瞬时高功率、与蓄电池、锂电池配合改善电池性能、作为备用电源等功能,在太阳能、风能、工业、军工、航天、UPS 等领域可以作为新型储能设备使用,市场潜力巨大。目前,新能源客车、出租车等领域已经开始应用,这个市场将率先迅速启动。 产品类别主要优点缺点电容量额定电压应用领域份额铝电解电容器 电容量大、成本低、电压范围大、中高压大容量领域具有优势 等效串联电阻较高、高频特性差、易受

16、温度影响、有极性 1uF-100,000uF4-800V大容量、中低频电路，如变频、逆变器，也用于储能。 34%钽电解电容器 漏电流小、频率特性好、片式化和产品结构成熟度高 钽资源不足、易污染环境、价格高、有极性 0.1uF-1,000u F6.3-100V低压电源滤波、低压交流旁路如手机电源、电脑主板 12%陶瓷电容器 高频特性好、耐高压损耗小、易于片式化 电容小、易碎 0.3pF-10uF10-4,000V高频电路，如振荡器、手机等通信电路 43%薄膜电容器 损耗低、阻抗低、高耐压、高频特性好 电容量小、易老化、体积相对较大 0.3uF-1uF63-500V对损耗低、高频特性好、耐电压要求

17、高的电路 8%超级电容器 能量密度高 电压范围较小 1F 以上 1-50V大容量，不间断电源、储能等1% 图 4：目前电容器市场规模分类薄膜电容8%铝电解电容34%陶瓷电容43%钽电解电容12%数据来源：艾华集团资料、东方证券研究所2. 高压薄膜电容大幅受益于新能源市场启动2.1 电容器是光伏、风电、新能源车的核心器件之一 在新能源及新能源汽车运用中，电容器是能源控制、电源管理、电源逆变以及直流交流变换等系统中的关键元器件，例如太阳能输出不稳定，需要电容器起到变频、稳压等核心作用，电容器的寿命也决定了逆变器/变流器寿命。 目前光伏逆变器、风电变流器、新能源车中主要用到四种电容DC 滤波、DC-

18、Link、IGBT 吸收、 AC 滤波。 图 5：光伏逆变器所用电容IGBT 吸收DC-Link输出AC滤波DC滤波数据来源：百度文库、东方证券研究所 图 6：电容在风电变流器中的应用简图数据来源：百度文库、东方证券研究所图 7：新能源车 DC-LinkIGBT吸收 数据来源：百度文库、东方证券研究所这四种电容中，DC-Link 电容（直流支撑电容）最为重要，以光伏逆变器为例，在逆变器中直流电作为输入电源，需通过直流母线与逆变器连接，逆变器在从 DC-Link 得到有效值和峰值很高的脉冲电流的同时，会在 DC-Link 上产生很高的脉冲电压使得逆变器难以承受。所以需要选择DC-Link 电容器

19、来连接，一方面以吸收逆变器从 DC-Link 端的高脉冲电流，防止在 DC-Link 的阻抗上产生高脉冲电压，使逆变器端的电压波动处在可接受范围内;另一方面也防止逆变器受到 DC-Link 端的电压过冲和瞬时过电压的影响。 从用量和产值的角度来看，每MW 需要的 DC-Link 电容器电容量在 10000uF 级别，价值也达到 2万元左右，而 IGBT 吸收电容仅在数百 uF 即可，单价也在 20-30 元。 表 2：新能源应用中的三类电容及其功能数据来源：东方证券研究所2.2 高压薄膜电容在新能源领域崭露头角 如前所述，DC-Link 电容器需要起到吸收高脉冲电流、承受瞬时过电压等功能，因此

20、高耐压、高耐 纹波能力、长寿命（10 年以上）等要求成为 DC-Link 电容的重要考量因素。 薄膜电容与电解电容相比较具有高纹波电流承受能力、耐高压、低 ESR 和 ESL、长寿命、干式防爆、无极性和高频特性好等优越的电气性能，在高压大功率电力电子设备中 DC-LINK 应用薄膜电 容替代电解电容是一种趋势。 从电解电容和薄膜电容的比较看，电解电容采用的是隐箔式有感卷绕结构，而薄膜电容采用的是金属化薄膜无感卷绕结构。电解电容属有感式卷绕，电流的流向路程远（等于电解铝箔的长度），造成电解电容的 ESL 和 ESR 较大，所以在经受大的纹波电流时发热严重；而薄膜电容采用的是无感式卷绕，电流的流向

21、路程短（等于薄膜的宽度），薄膜电容的 ESL 和 ESR 极小，所以能承受大的纹波电流而不发热。 作用应用用量输入、输出 DC 滤波电容 滤除 IGBT 逆变器产生的高频纹波，使风电变流器并网时有一个符合要求的正弦波电压 光伏逆变器风电变流器新能源车 IGBT 吸收电容 缓冲 IBGT 开关时产生的高脉冲电压和电流 光伏逆变器风电变流器新能源车 单价 20-30 元 DC-Link 电容( 直流支撑电容) 为后级逆变系统的功率器件开通瞬间提供有效值和幅值很高的脉动电流，同时滤除前级整流和后级逆变 IGBT 产生的高频纹波。 光伏逆变器风电变流器 每 MW 需要 20000-25000uF 每

22、uF 单价 0.7-0.8 元，价值1.5-2 万元左右 新能源车 每车 1000-2000uF 价值 500-2000 元 图 8：金属化薄膜电容图 9：展开示意图数据来源：百度文库、东方证券研究所数据来源：百度文库、东方证券研究所耐高压性来自于高压薄膜电容中金属膜的自愈性特点，工作电压可以达到 800V 以上。此外，薄膜电容在封装形状、寿命等方面也有明显优势。10 万小时以上的寿命使之可以满足逆变器/变流器 10 年以上的寿命需求，而铝电解电容寿命不到 2 万小时，更换、维修成本高。 表 3：高压薄膜电容与铝电解电容比较数据来源：百度文库、东方证券研究所在目前的实际应用中，铝电解电容仍在中

23、小功率方面占据一定市场，但 600V 以上的光伏逆变器、2MW 以上的风电变流器中只能采用薄膜电容，目前的趋势也是薄膜电容逐步向下替代。 光伏逆变器中下功率光伏逆变器，尤其是家庭用小功率、离网式光伏逆变器，一般选择铝电解 电容器， 铝电解电容高压薄膜电容封装形式 圆柱形 任意形状 频率特性 较差 很好 温度特性 差 很好 高电压 最高 750V 800V 以上 高容量 大容量 较小 损耗 大 10 万小时 价格 低 较高 极性 有 无 风电变流器早期出于体积与成本的考虑，在 1.5MW 以下的风电变流器一般都选择铝电解电容器，但随着免维护的需求越来越高，薄膜电容替代铝电解的趋势明确 表 4：目

24、前新能源领域DC-Link 电容选择 数据来源：江海股份资料、东方证券研究所新能源车中部分乘用车逆变系统中曾使用过铝电解，但新车型中基本都采用薄膜电容，例如丰 田 PURIS 一代使用铝电解，二代以后都使用薄膜。 图 10：电动汽车逆变器从铝电解到薄膜式（丰田普锐斯）数据来源：丰田应用领域电容器选择功能诉求光伏逆变器 中小功率（分布式、离网式等） 铝电解电容器 高电压（450-550V）；耐大纹波；耐充放电；长寿命等 高功率（光伏电站等） 薄膜电容 工作电压高、耐大纹波、耐过电压、耐反向电压、耐瞬间冲击电流、长寿命等； 风电变流器 1.5MW 以下 铝电解电容器 耐瞬间过电压、耐大纹波电流；长

25、寿命等； 2MW 以上 薄膜电容 工作电压高、耐大纹波、耐过电压、耐反向电压、耐瞬间冲击电流、长寿命等； 新能源车逆变系统 乘用车 铝电解电容器 耐振动、耐大纹波电流；长寿命等； 大巴、轨道交通等 薄膜电容 耐振动、耐大纹波、耐过电压、耐反向电压、耐瞬间冲击电流、长寿命等 2.3 市场规模长期保持在 20%以上增长如表 2 所述，光伏逆变器和风电变流器中，每 MW 装机量至少 15000-20000uF 的 DC-Link 薄膜电容，考虑到系统响应速度、温度、使用寿命等影响，应该留有 1.5 倍余量，因此每 MW 装机容量大约对应 20000-25000uF 的高压薄膜电容。 以目前 0.7-

26、0.8 元/uF 的价格测算，20000-25000uF 的薄膜电容价值 1.5-2 万元，按照目前 0.22-0.25 元/W 左右的光伏装机成本测算，1MW 装机成本 22-25 万，因此 DC-Link 薄膜电容成本占比在 7-8%左右，与前些年情况基本持平。 图 11：电容占据光伏逆变器成本的约 8%（当前数据仅考虑最主要的 DC-Link 电容）100%90%80%其他 低压开关滤 波 器功率模块结构件 变压器、电抗器电容 70%60%50%40%30%20%10%8.6%8.1%8.0%7.5%7.1%0%2008200920102011H2014数据来源：阳光电源、东方证券研究所

27、光伏：根据东方新能源团队的预测，2014-2015 年光伏新增装机容量为 14、17GW。风电：全球风能理事会预测，2014-2016 年年全球风电新增装机容量将达 47、51、55.7、60.2 GW，其中中国和美国是主要增长动力，国内海上风电项目今年也将启动，我们预计 2014-2015 年国内新增风电装机容量 18、22 GW。 我们预计 2020 年国内每年光伏新增装机容量在 20GW 左右，风电市场也将有望维持在每年 10% 的增长，同时由于光伏逆变器、风电变流器等电力电子产品更换周期 7-8 年左右，也对薄膜电容有更新需求。预计今明两年国内光伏、风电用薄膜电容市场规模 5.28、6

28、.24 亿元，2020 年 6.9 亿元左右。 表 5：光伏逆变器所用薄膜电容市场规模测算数据来源：东方证券研究所新能源车根据中汽协的统计，2013 年国内新能源车产销量约 1.75 万辆，较 2012 年增长近 40%，但占国内每年 2000 多万的整体汽车产销量不到千分之一。与 2012 年提出的节能与新能源汽车产 业发展规划中争取到 2015 年累计产销 50 万辆、2020 年产能 200 万辆、累计产销 500 万辆的目标相比有一定差距。 今年来政府决策层频繁调研新能源汽车相关公司，各地政府也打破地方保护主义，加快推进新能源车的补贴、牌照优惠政策、充电桩等基础设施建设等，我们预计今年

29、起国内新能源车将迎来大发展机遇期，预计今明两年产销量达到 4 万、10 万辆，2020 年有望达到 150 万辆。 新能源车中，单车 DC-Link 薄膜电容用量一般在 1000-2000uF，折合单车产值 500-2000 元。其中乘用车中，纯电动 500-1500 元、插电混动 1000-2000 元；大巴车也在 1000 元左右，平均单台产值约 800 元。预计今明两年国内新能源车用薄膜电容市场规模 0.32、0.8 亿元，随着新能源车产 销量的快速提升，2020 年市场规模可望达 10 亿元以上。 表 6：新能源车所需薄膜电容需求测算数据来源：中汽协，东方证券研究所合计 2014、20

30、15、2020 年国内新能源、新能源车用薄膜电容市场规模约 5.60、7.04、18.0 亿元，年均增速 22%。尽管市场规模并不很大，但市场份额集中度很高，主要掌握在法拉电子、江海股份等龙头厂商手里。而且国内电容龙头也将伴随着本土逆变器/变流器、新能源车厂商共同成长。目前国内光伏逆变器市场中本土厂商已占据较大份额，但风电变流器还有很大提升空间，我们看好本土公司在风电变流器领域的市场地位提升。国内薄膜电容公司也将有望持续受益。 2011201220132014E2015E2020E新能源车/万辆 0.84 1.26 1.75 4 10 150 单台产值/元 800 800 800 800 80

31、0 700 需求规模/亿元 0.07 0.10 0.14 0.32 0.80 10.50 2011201220132014E2015E2020E光伏新增装机容量/GW 2.2410141722风电新增装机容量/GW 17.613.016.1182228合计 19.816.9626.1323950每 MW 薄膜电容价值/万元 51.61.5薄膜电容需求规模/亿元 3.963.054.445.286.247.50 图 12：国内新能源、新能源车用薄膜电容需求规模（亿元）光伏、风电新能源车同比2050%1845%16141240%35%30%1025%8620%15% 410%

32、25%00%2011201220132014E2015E2020E数据来源：东方证券研究所3. 超级电容绿色储能的革命，进入启动时点3.1 绿色储能的革命物理储能从储能方式来说，超级电容可以认为是第三代储能装置，第一代为机械式储能，如飞轮、发条等； 第二代为化学式储能，如铅酸蓄电池、镍氢电池、锂电池等；而第三代就是以超级电容为代表的物理式储能装置。 图 13：储能方式的变革数据来源：东方证券研究所机械式储能化学式储能物理式储能 飞轮、发条等 铅酸蓄电池、 超级电容 镍氢电池、锂电池等 电容是可以储存电量，可以储存的电荷量 Q=1/2CU2，其中 C 就是电容值，C=，理论上说可以通 过扩大极板

33、面积和缩小电极距离来获得超大的电容量： 扩大电极面积以 EDLC（双电层电容器）为例，EDLC 超级电容器的面积是基于多孔炭材料，该材料的多孔结够允许其面积达到 2000m2/g，通过一些措施可实现更大的表面积。 缩小电荷分开的距离超级电容器电荷分离开的距离是由被吸引到带电电极的电解质离子尺寸 决定的。该距离（10 ）和传统电容器薄膜材料所能实现的距离更小。 这种庞大的表面积再加上非常小的电荷分离距离使得超级电容器较传统电容器而言有惊人大的静 电容量，这也是其“超级”所在。 二次电池是储能的重要选择，但二次电池也存在明显弱点充电次数 10000 次以内、充电时间长达数小时、存在爆炸与污染环境的

34、风险。 与二次电池相比，超级电容通过极化电解质来储能。在其储能的过程并不发生化学反应，仅依靠活性炭表面的离子的物理性吸收来蓄积能量，这种储能过程是可逆的，因此它具有明显优势，是充放电周期寿命优良的蓄电器件，而且可以实现能量回收： 表 7：超级电容与普通电容和电池比较数据来源：百度文库、东方证券研究所3.2 目前以 EDLC 为主应用于消费电子和功率型场合3.2.1 小功率 EDLC 应用于消费电子场合最简单的超级电容就是 EDLC（Electric Double Layer Capacitor，双电层电容），从结构上来看， 其与电解电容非常相似。简单来说，如果在电解液中插入两个电极，并施加一个

35、电压，这时电解液中的正、负离子在电场的作用下就会迅速向两极运动，最终分别在两个电极的表面形成紧密的电荷 层，即双电层。 参数 超级电容器 普通电池 静电电容器 放电时间（S） 130s 0.33hrs 0.0000010.001s 充电时间（S） 130s 0.33hrs 0.0000010.001s 能量密度（Wh/kg） 110 20100 10,000 循环效率 90%95% 70%85% 100% 循环寿命 100,000 5002,000 无穷大 EDLC 在相同的封装内增加了第二个电介层，这个电介层与第一层在中间隔离物的两边并行工作。EDLC 也采用无孔电介质，如活性碳、碳纳米管、

36、炭黑凝胶，并选用导电聚合物，其存储容量要比标准的电解材料高出许多。额外层和更高效电介材料的这种组合能使电容容量提高近 4 个数量级。 图 14：EDLC 与普通电容器原理比较 图 15：EDLC 结构图数据来源：Nippon Chemicon数据来源：NESSCAPEDLC能量密度低，适合消费电子领域或功率型场合EDLC 由于能量密度较低（1-10Wh/kg），主要适用于消费电子领域，例如 EDLC 钮扣电池，主要充当二次电池的替代品，价格约是普通电化学钮扣电池价格的六倍。而且相比普通纽扣电池，EDLC还能提供很高的瞬时功率，在电子设备开关、断电保护等领域有很好效果： 应用在 VCR 中，用于

37、对 CMOS 时钟功能提供简单的保护；应用于 LED 闪光灯，补充这种瞬间增大的负载，抑制供给电压的下降，并延长使用时间，可以减少主电源的容量； 应用于电脑、CD 机等，可以通过瞬间释放 EDLC 中储存的能量，防止断电造成的设备停机、跳针 或误动作，或者使这些设备从睡眠模式迅速加电； 智能电视的待机开关：一旦开机就会充满电，充一次电后可以持续工作几周，节省了智能电视的待 机功耗（大约 10W 左右），有望成为未来智能电视的主流，目前三星已经计划在自家的智能电视中应用 EDLC。 图 16：LED 闪光灯峰值辅助图 17：电脑等电池辅助数据来源：百度文库数据来源：百度文库3.2.2 中大功率应

38、用于车辆启停系统、能量回收等采用 EDLC 替代充电电池，具有充电时间短、安全性高、能量回收等优势。通过将减速时的再生能量储存在 EDLC 中使用，在有频繁加减速的情况下可将燃效提高约 10。 以马自达智能起停系统为例，减速能量再生系统的主要构成部件有 EDLC 模块、输出电压可在 12 25V 之间变化的发电机及 DC-DC 转换器三种。松开油门时，发电机发电，所发电储存在 EDLC 中。并以 DC-DC 转换器将电压降至 12V，或直接用于电装品或贮存于铅蓄电池中使用。因 EDLC 以25V 的电压充满电的，因此可以改变输出电压通常稳定在 12V 的发电机的电压。另外，DC-DC 转 换器

39、只降压不升压。 图 18：马自达智能启停数据来源：马自达超级电容器将是运输行业和自然能源采集的重要组成部分，其中，用于装配在启停系统车辆的超级电容器，将成为其在未来的主要销售渠道，预计在 2016 年的全球市场将达到 2.7 亿美元，2020年将超过 3.5 亿美元。 图 19：超级电容器在启停系统汽车和能量存储方面销售额（百万美元）车辆启停能量存储3000 25002000150010005000201120122013201420152016数据来源：超级电容网、东方证券研究所除了车辆启停外，EDLC 下游应用领域还有很多，目前可以预见的应用就包括消费电子、轨道交通、 城市公交系统、起重机

40、械势能回收、发电与智能电网等领域，同时在国防军工领域也有较为成熟的 应用例如宽温度范围（-40-65）特点，可以保证坦克、装甲车等大马力的军事车辆在低温 下的顺利启动，高功率密度可作为激光的脉冲能源： 交通业混合动力汽车、电动汽车、电动自行车、车辆低温启动、轨道车辆能量回收、航空航天、 电动叉车、起重机等 军事领域战车混合电传动系统、舰用电磁炮、坦克低温启动等工业手电筒、直流屏储能系统、应急照明灯储能系统、UPS、电信远程抄表、电梯、智能三 表、税控收款机、电动玩具、电动工具、便携式除颤器等 再生能源太阳能、风能等表 8：超级电容下游应用领域数据来源：超级电容网、东方证券研究所3.2.3 公交

41、车、有轨电车的储能单元也开始起步大功率 EDLC 快速充电、放电功率高、循环寿命长的优势，使之可以用作新能源车的储能模块，目前已经在公交车、有轨电车上开始应用。 超级电容公交车上海世博会期间上海奥威就供应了超级电容公交车，目前也已经在 11 路、26 路公交车线路上稳定运行多年，今年 4 月获得保加利亚大单，保加利亚将在首都索菲亚率先引进超级电容公交车，只 要试运营顺利，保加利亚以及周边的欧盟国家将在未来 3 年从上海购买 600 辆超级电容车。 应用领域应用方式及优势商业化程度消费电子 数据储存备用电源 成熟 军工 高功率输出电源 较成熟 电动汽车 辅助电源、在弱混情况下可作为电池系统的 补

42、充，在强混情况下 起步 新能源 WTG 变桨控制系统备用电源或光伏主电源 智能电网 并网储能、电网质量管理 可作为电池系统的补充 起步 工业传动 替代电池、动力电源、制动起步 起步 轨道交通 能量回收存储电源 重型机械 能量回收存储电源 超级电容装在公交车底部，每次充电运行里程达到 5km 甚至更长，可以支撑 5-6 站的运行，车载辆进站后的上下客间隙，车顶充电设备自动升起，搭到充电站的电缆上完成充电，充电时间只需 30-60s。 超级电容有轨电车广州新型有轨电车海珠试验段将率先使用超级电容，首段里程 7.7km，平均每站间距 1.02km，使用南车新能源提供的超级电容，目前正在调试中，预计

43、12 月完成现场联调并正式上线运营。 该有轨电车共 4 节车厢，采用三动一拖机组，单节车厢长 36.5 米，每列使用 4.8 吨超级电容，能量密度 7.1Wh/kg，最大载客能力 368 人，最高运行速度 70km/h。单次充电运行里程最长 4km。能量回收率达到 80%。与大多数电车使用架空接触网充电不同，该有轨电车采用无接触网方案， 利用车站停车上下客时间对储能器件充电，30s 内完成充电。 除广州海珠区建设超级电容有轨电车外，增城、花都也要推超级电容有轨电车。目前世界范围内完 全超级电容的有轨电车线路仅在西班牙级电容有轨电车线路。 戈萨建成运营，高雄和卡塔尔多哈正在修建完全超图 20：超

44、级电容公交车（能量密度 5Wh/kg） 图 21：超级电容有轨电车（能量密度 7.1Wh/kg） 数据来源：超级电容网数据来源：超级电容网目前超级电容用于公交车和有轨电车已经可以体现经济效益，以公交车为例，与电池（以铅酸电池为例）相比，超级电容用在公交车上尽管一次性投入成本高一个数量级，但分摊到每 km 上的成本只有铅酸电池的 1/3 左右，经济效益已经体现。 表 9：公交车用超级电容和铅酸电池比较单次输出能量/kWh5kWh30kWh循环次数5 万次400 次数据来源：百度文库、东方证券研究所与普通的无轨电车和燃油公交车相比，超级电容公交车使用成本也有明显优势：与无轨电车相比，超级电容公交车

45、在几个站点设充电站的方式几乎不构成线网损耗、每年所需维护 成本也大幅降低； 与燃油公交车相比，超级电容公交车每 km 运行成本可以降低 2/3，并且没有污染，也没有明显噪音，符合节能降耗的趋势，尤其在欧洲这样严格控制排放的地区正在率先打开市场。 表 10：超级电容公交车与无轨电车、燃油公交车比较数据来源：百度文库、东方证券研究所超级电容公交车燃油公交车车辆成本80 万 50 万 每 km 运行成本/元 0.7 元 2.2 元 能量回收 20-40% 0 污染 无 有 车辆噪音 小 大 车辆机动性 好 好 系统美观性 好 差 年运行成本 低 高 超级电容公交车无轨电车车辆成本80 万 50 万

46、每 km 运行耗能/kWh 1kWh 1.9kWh 线网损耗（万元/km） 极少 1 线网维护（万元/年/km） 0.02 7 能量回收 20-40% 0 车辆机动性 好 差 系统美观性 好 差 年运行成本 低 高 总行驶里程/km 25 万 km 12 万 km 分摊到每 km 使用成本 0.8 元 2.25 元 二次污染 无 严重 维护性 少维护 常维护 单次续航里程/km5km 30km 超级电容铅酸电池充电时间 30-60s 4-8h 一次投入成本/元20 万 2.7 万 3.3 混合超级电容将进一步提升超级电容性能 3.3.1 混合超容能量密度大幅提升能量密度低一直是 EDLC 的致

47、命伤，大多数能量型应用场合（储能）的需求对超级电容的能量密度有更高要求，而能量密度更大的混合超级电容很可能是未来方向。 混合超级电容往往是非对称型超级电容，将某一电极从活性炭等碳基电极替换成为锂离子、石墨烯 等具有更大离子吸附能力的电极，能量密度也因此大幅提升。 混合超级电容兼具电容的长寿命、功率密度大以及电池的高能量密度特征，正在成为未来主流。锂 离子、石墨烯等新电极成为核心要素。 图 22：EDLC、混合超容比较10h1 h0.1 h100010036 s充电时间103.6 s10.36 s36 ms0.10.013.6 ms10100100010000功率密度（W/kg）数据来源：东方证

48、券研究所锂离子超级电容锂离子超级电容器是将锂离子电池的电极材料作为超级电容器负极材料，锂盐溶液作为电解质，并结构优化而形成的新型储能器件；它将超级电容器双电层物理储能工作原理与锂离子电池嵌入脱嵌化学储能工作原理有机结合，实现了超级电容器与锂离子电池的优势互补。 能量密度（Wh/kg）镍镉电池铅酸混合电池超容EDLC普通电容 图 23：混合超级电容数据来源：ACT、东方证券研究所 锂离子电容器在保持了高比功率、长寿命和快充等特性的前提下，大幅度提高了能量密度，锂离子超级电容能量密度可以做到 16-30wh/kg，接近铅酸电池的水平，而充电速度、功率密度、循环寿命、放电深度等远超铅酸电池的水平。

49、表 11：EDLC、LIC、LiB 比较 EDLC活性炭活性炭 有机溶剂锂离子电池钴酸锂、锰酸锂等石墨 有机溶剂 正极材料负极材料电解液储电原理离子吸附脱附锂离子反应温度范围最大工作电压最大放电倍率充 放 电次 数能量密度功率密度-2570 度2.3-2.7V 1000C 50 万次以上2-5Wh/kg 1000-5000W/kg-2560 度3.7-4.2V 50C 1000-2000 次 100-150Wh/kg100-500W/kg 数据来源：ACT、东方证券研究所 相比铅酸电池、镍镉电池、锂离子电池，混合超级电容具有节能、超长使用寿命、安全、环保、宽温度范围、无需人工维护等优点。功率密

50、度很大，充、放电迅速且可以瞬间吸收或释放极高的能量， 这也是目前任何电池都做不到的。 除了锂离子用作电极外，未来其他新材料用作电极可能将能力密度提的更高，例如新型氧化物、石 墨烯等。 锂离子超级电容活 性 炭 石墨/硬炭有机溶剂 正极：等同于EDLC 负极：锂离子反应 -3060 度3.8-4.0V 1000C 50 万次以上10-30Wh/kg 1000-5000W/kg 3.3.2 在电动自行车、公交车、有轨电车等应用中有望大幅提升电动汽车、大巴车、电动自行车等可以装载的储能模块重量和体积有限制，因此能量密度的提升成 为超级电容车续航能力提升的重点。 锂离子超级电容用于电动自行车、公交车、有轨电车等将比 EDLC 续航里程由明显提升：电动自行车：每次充电时间 1 分钟左右，续航里程就可以达到 20-40km，而且重量只有铅酸电池的一半（铅酸电池模块重 30-40kg），寿命也远长于铅酸电池和锂离子电池，目前电动自行车用锂