AIDC深度研究 | 天风电新孙潇雅：超级电容——从选配走向标配趋势

Q1

超级电容是什么？与电池有何不同？

超容即时供电，电池提供持续能量。超级电容是一种快速储能器件，而电池则为一种慢速储能装置。电池和超级电容器互补，电池提供持续能量，而超级电容器则负责高功率峰值和快速响应。

超级电容优势：

1）高功率密度：可在短时间内（理想情况下少于 10 秒）提供非常高的电流（数千安培）；

2）充电和放电速度非常快

3）使用寿命超过100万次充放电循环；

4）具有极低的内阻（几毫欧姆），并且工作效率接近100%。

资料来源： Skeleton官网，天风证券研究所

Q2

为什么AIDC需要超级电容？

超级电容能在AIDC场景中满足瞬时功率要求，且提升能源效率

AIDC工作负载对电力消耗要求很高，传统电池及电源系统无法快速提供电力。AIDC面临的最大挑战之一是AI系统波动的电力需求。从运行训练算法到处理海量数据集，人工智能模型需要突发性的电力供应，而传统的电池和电源系统无法快速提供足够的电力。

超级电容提供高速电力输出，平抑AIDC电力尖峰，保障GPU稳定运行。与依赖化学反应储存和释放能量的传统电池不同，超级电容器通过静电方式储存能量，能够瞬间释放能量，从而提供高速电力输出，满足人工智能工作负载等快速变化的应用场景。当AIDC出现电力尖峰时，超级电容可快速释放储存的能量，平抑尖峰，确保高性能计算单元（例如GPU）的稳定运行，保障系统持续平稳运行，不会因电力波动或浪涌而中断，否则可能导致停机或性能下降。

GPU需要稳定的电源才能高效运行，超级电容能提升整体AIDC效率。超级电容器能快速够提供所需的能量，避免性能中断，确保GPU连续运行，同时降低高达45%的能源浪费。PUE（电力使用效率）是评估数据中心能效的关键指标。计算方法为将整个设施的总能耗除以IT设备所用的能量。PUE越接近1.0，数据中心效率越高。用于削峰的超级电容器有助于在高需求期平滑能源使用，降低设施整体PUE。

AIDC峰值功率波动大，或影响电网稳定性

AIDC峰值功率波动大，除影响算力外，或反向影响电网。AIDC电力需求并非稳定不变，会在几毫秒内从空闲时的20 MW飙升至满负荷运行时的180 MW，然后又迅速回落。根据配置的不同，单个GPU 机架的功耗可在不到十分之一秒的时间内，从空闲时约6 kw跃升至超过30 kw，五倍的峰值功率波动使得传统电力基础设施难以应对。

高需求峰值会给电网带来压力，使其更容易发生停电。通过管理峰值，削峰有助于维持电网稳定。超级电容在峰值削减中发挥着重要作用，它在低需求期储存多余能量，并在高峰负载时释放，有助于数据中心节省能源成本，减少对电网的依赖，尤其是在价格飙升的高峰期。

资料来源： Skeleton官网，天风证券研究所

Q3

技术路线之争：EDLC vs. LIC

LIC中长期有望成为主流

EDLC：充放电过程为物理反应，优点为寿命长、充放电速度快，但能量密度低

• EDLC（双层电容器）通过物理离子吸附储存能量，而二次电池则通过电极内部的化学反应储存能量。EDLC利用电极和电解质界面处形成的“双电层”来存储电能，无需发生化学反应。双电层指电极表面与电解质界面处正负电荷排列，且间距极短，这种结构能够实现大电容。

• EDLC不利用化学反应，有寿命长、充电放电速度快等优势，但能量密度低于二次电池。由于EDLC并不利用化学反应，是通过离子在活性炭电极表面的物理吸附和解吸实现的，因此带来以下特性：寿命长、快速充放电、高输出特性，但能量密度低于电池。

• 电功率密度称为“瞬时力”，能量密度称为“耐力”。相比锂电池，EDLC有更高的电功率密度，但能量密度（Wh/kg）低于电池。

• 电压方面，EDLC电压低于锂电池。EDLC放电电压特性是线性的，例如额定为2.7V的EDLC在放电50%后降至1.35V。如果电压施加超过该耐压，电解质开始电解，导致EDLC通过气体生成失效。EDLC单节电池的额定电压相对较低，在高电压下使用时，必须将多个单节电池串联。

资料来源： AIC官网，天风证券研究所

LIC：填补EDLC和锂电池之间性能空白，大幅提高比能量

LIC是一种混合电容器，结合锂电池和EDLC的原理,性能上填补了EDLC和锂电池之间的性能空白，大幅提高比能量。 LIC使用混合电极材料，在一个电解池中实现锂电池和EDLC原理和技术的结合，使其保持EDLC高比功率、长寿命、快速充电特性的同时，大幅提升比能量，有效填补了EDLC和锂电池之间的性能空白。LIC是一种混合型电容器，其使用碳基材料为负极，而正极与EDLC一样，使用活性炭材料。

LIC具有高工作电压、高能量密度、长寿命等特点：

• 高工作电压：可达4.0/3.8V

• 高能量密度：10~90Wh/Kg

• 长寿命:5~50万次充放电循环

资料来源： AIC官网，天风证券研究所

武藏HSC兼具高功率密度&高能量密度，适用于AIDC等功率显著变化的场景

武藏的混合超级电容器（HSC）是一种新型电储能装置，结合了高功率密度和高能量密度。HSC正极使用活性炭，类似于EDLC，负极则使用碳材料，类似锂离子电池。通过独特的锂离子预掺杂设计，HSC实现了高功率密度和高能量密度，能够满足需要高输出的瞬时电源需求，同时实现更高的能量密度。

在AIDC场景，AI训练和推理常涉及快速波动的计算负载，导致功率需求显著变化。HSC高功率密度、快速充电能力在AIDC场景可赋能，可在20秒内充电至80%，增强电源稳定性。

资料来源：武藏精密官网，天风证券研究所

风险提示：下游需求不及预期、产能释放不及预期、行业竞争加剧、原材料价格上涨、贸易摩擦、报告中提及的“相关标的”仅为对相关公司的罗列，不构成任何投资建议等

超级电容——从选配走向标配趋势

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