超級電容再進化 多元應用時機漸成熟

2017/01/19 - 魏淑芳

全世界第一款超級電容在1970年代上市，至今已歷經數十年發展，然而超級電容並非電阻、電感及電容等標準被動元件，因此許多電子工程師無法充分掌握超級電容的特性，造成超級電容的市場普及進展有限。不過，自1997年就開始發展超級電容器的唯電科技團隊，在歷經漫長的開發時期後，已有多款產品獲客戶青睞使用於應用端產品。

毫法拉電容量  可提升瞬間功率

超級電容是由兩個多孔性的平板和電解質所組成。當施加電壓於平板，正極平板會吸附電解質的負離子，同時負極平板吸附電解質的正離子，當超級電容放電時，正極平板和負極平板會同時釋放電荷，這種有效的儲能機制使得超級電容的能量密度遠大於傳統電容千倍。

唯電科技總經理劉宏彥進一步說明，「相較於一般電容的電容量規格是以微法拉計，超級電容能提供毫法拉(mF)、甚至是法拉等級的電容量，所以適用於儲能、吸收緩衝電氣信號，以及提升瞬間功率等。」

具體而言，超級電容主要應用包括：超級電容和電池並聯，可以提供大瞬間電流，適合應用在無線通訊、可攜式電動工具；用於能量擷取，超級電容器可以做為充電介面，使得能量更容易進入能量儲存裝置；做為備用電源，超級電容器可以取代電池做為備用電源，適合應用於不斷電系統、固態硬碟和暫存記憶體等。

金屬氧化物超級電容  電氣及物理特性佳

不同於其他超級電容業者多採用活性碳電極材料，唯電是採用混合式金屬氧化物，劉宏彥強調，「金屬氧化物超級電容的電氣特性和物理性質，與活性碳超級電容有著明顯差異。」

例如，金屬氧化物超級電容的電容重量比(Specific Capacitance, F/g)可達到360？1200F/g；釋放電流的響應時間可達到微秒等級，幾乎沒有延遲的問題。值得一提的是採用無隔離膜設計，可大幅提高元件安全性，且疊層式結構可以因應客戶需求靈活設計操作電壓規格，此外，相較於其他超級電容的循環使用壽命為數十萬次，唯電超級電容的循環充放電次數甚至是以億次計算。

唯電科技所擁有的金屬氧化物超級電容技術可追朔自30年前美國PRI研發團隊發展出的金屬氧化物超級電容器雛型。唯電科技團隊是於1999年買斷PRI超級電容器技術，再經過14年的努力，從材料合成、電極製造、電容封裝測試和應用開發等皆已能在自家廠房內完成，完全自主。

物聯網感測器佈建  超級電容搶攻商機

發展至今，唯電已發展出平面型、堆疊型、動力型這三個系列，其中，在平面型產品方面，唯電科技早於3年前就已設計出號稱全球最薄、厚度僅0.25mm的超薄型超級電容，工作電壓可達到3V，主要是滿足帶有顯示屏的智能卡所需，唯電目前已送樣客戶並通過Felica測試。

至於堆疊型則訴求資通訊和工業應用；動力型則著重動力提升與車用市場，劉宏彥說明指出，「將超級電容的急快速放電特性運用於汽車內燃機，可以穩定高壓點火次系統，進而有效提升燃油點火效率、提升扭力並大幅改善廢氣排放。」

為加速超級電容的應用擴散，唯電目前持續研發新製程、新材料及新封裝技術，希望能進一步克服超級電容所面臨的挑戰，包括無法回焊的問題，以及將操作溫度由攝氏75度進一步提升至85度等。

此外，該公司也積極規劃建置全製程的自動化生產與流程管理，以迎接可預期的商機爆發。劉宏彥表示，「針對物聯網感測器可能佈建於高深遠的地點，超級電容與電池、再生能源的結合將有效解決這些感測器的供電問題，這將是我們接下來瞄準的市場商機。」


圖說：唯電科技總經理劉宏彥。


圖說：唯電科技設計出厚度僅0.25mm的超薄型超級電容。