超级电容与锂电池的比较

当谈到未来汽车能源解决方案将如何演变时，Elon Musk曾经说过对燃料电池并不乐观，但是对超级电容器很青睐(原话:If I were to make a prediction, I’d think there’s a good chance that it is not batteries, but super-capacitors）。锂电池是目前电动汽车最主流的电动汽车ESS解决方案还没有感受到超级电容器的威胁。锂电池是目前电动汽车最主流的电动汽车ESS解决方案尚未感受到超级电容器的威胁。本文试图将当前技术水平下的超级电容器与锂电池进行比较，以便对超级电容器的特性有一个初步的轮廓。

• 定性认知

首先从储能性质的角度看，锂电池的能量转化依赖化学反应，属于化学电源；而超级电容的能量转化则是通过电场变化实现的，属于物理电源。正是由于储能性质的差异，锂电池和超级电容器具体特性上存在巨大差异。由于超级电容器不依赖化学反应来实现能量转换，充电速率更快，内阻更小，循环次数更多，受温度影响较小，安全性高；另一方面，超级电容器具有能量存储更不稳定（自放电）、能量密度低的特点。从下图可以看出，超级电容器是正好介于普通电容器和电池之间的池之间的储能装置。

所以如果你做一个形象比喻，锂电池就像一个饮水机，大容量但水慢。超级电容器就像一杯水，一口就能干杯。

• 定量认知

1.容量及电压范围

一般使用锂电池的容量Ah一般来说，常见的动力电池是2~100Ah在范围内。超级电容的容量一般用F表示，常见型号一般为300F~5000F范围。因此，如果需要将容量比较转换为同一单位，则使用Q = 1/2 * C * V计算。下图3V/3000F超级电容为1.25Ah（3.75wh）。

锂电池的工作电压范围一般为2.5V~4.2V在此之间，过充或过放都会对电池造成不可逆转的损坏，甚至造成安全问题。超级电容器的工作电压范围一般为0V~3V之间没有过放。

2.能量/功率密度

锂电池的能量密度一般为100~300wh/kg超级电容只有5个范围~30wh/kg，因此，超级电容器不适合能量应用领域。但电池的功率密度一般为1kw/kg超级电容可达7级kw/kg以上。

3.寿命

寿命可分为循环寿命和日历寿命两部分进行比较。日历寿命差别不大，可达10年以上。一般锂电池的循环寿命为500~3000周(钛酸锂可达10000周)。超级电容可以在10000周内10%。

4.自放电

锂电池具有较强的化学能储存稳定性，因此具有较好的容量保持能力。一般来说，下个月的容量损失可以控制在3%以内。超级电容器的漏电流很大mA一天的容量损失可能超过3%。

5.工作环境温度影响

锂电池的工作温度范围一般为-30~60℃但当电池处于0的范围时，℃以下电池充电可能会导致锂分析，导致电池不可逆转的损坏。超级电容器对温度有很好的适应性，充放电可以是-40~65℃在工作范围内。

6.电压曲线

锂电池在充放电过程中有S型电压变化曲线，超级电容SOC与电压基本呈现良好的线性关系。

当然，以上只是锂电池和超级电容器的技术参数的比较，经济也是实际应用中的必要调查目标。目前，超级电容器是每个Ah锂电池的价格可能是锂电池的10倍以上。但另一方面，锂电池的工业化程度和规模效应明显优于超级电容器。根据第一原则，超级电容器完全有可能在成本上缩小与锂电池的差距。关键在于能否在其缺点上取得突破（如能量密度和自放电特性）。

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