超级电容和锂电池对比
超级电容和锂电池的比较主要是从定性认知和定量认知两个方面,包括容量和电压范围、能量/功率密度寿命、自放电、工作环境温度影响、电压曲线六个维度。
定性认知
首先,从储能性质来看,锂电池的能量转换依靠化学反应,属于化学电源。超级电容器的能量转换是通过电场的变化来实现的,属于物理供电。正是由于储能性质的不同,锂电池和超级电容器在具体特性上有很大的差异。由于超级电容器不依靠化学反应实现能量转换,所以充电速度更快,内阻更小,循环次数更多,受温度影响更小,安全性高。另一方面,超级电容器具有储能不稳定(自放电大)、能量密度低的特点。超级电容从能量密度和功率密度来说,是介于普通电容和电池之间的储能器件。
所以如果做一个形象的比喻,锂电池就像饮水机,只是容量大,水出来的慢。超级电容就像一杯水,喝一口就能喝完。
数量认知
1.容量和电压范围
锂电池的容量一般用Ah表示,常见的动力电池一般在2~100Ah范围。超级电容的容量一般用F来表示,常见的型号一般在300 F ~ 5000 F的范围内,所以如果要比较容量,需要换成相同的单位,然后用Q = 1/2 * C * V来计算。比如3V/3000F的超级电容是1.25Ah(3.75wh)。
锂电池的工作电压范围一般在2.5V-4.2v之间,过充或过放都会对电池造成不可逆的损害,甚至会引发安全问题。超级电容的工作电压范围一般在0V-3V之间,不会出现过放电现象。
2.能量/功率密度
锂电池的能量密度一般在100~300wh/kg范围内,而超级电容器的能量密度只有5~30wh/kg,因此超级电容器不适合用于能源应用。但在功率密度上,电池一般在1kw/kg的水平,而超级电容可以达到7kw/kg以上。
3.寿命
寿命可分为循环寿命和日历寿命进行比较。日历寿命和日历寿命差别不大,都可以达到10年以上的水平。一般锂电池的循环寿命为500~3000周(钛酸锂可达10000周)。而超级电容器经过10万次循环后,容量只能下降10%。
4.自放电
锂电池的化学能储存稳定性强,因此具有良好的容量保持能力。一般下个月的产能损失可以控制在3%以内。而超级电容器的漏电流较大,在毫安级时短短一天的容量损失可能超过3%。
5.工作环境温度的影响
锂电池的工作温度范围一般在-30~60℃之间。但当电池在0℃以下充电时,可能会导致锂析出,对电池造成不可逆的损害。而超级电容器对温度有很好的适应性,无论是充放电都可以在-40~65℃范围内工作。
6.电压曲线
锂电池在充放电过程中电压曲线呈S形,超级电容器的SOC与电压呈现良好的线性关系。
当然,以上只是对比锂电池和超级电容的技术参数。在实际应用中,经济性也是一个必要的目标。目前超级电容每Ah的价格可能是锂电池的10倍以上。另一方面,锂电池的产业化程度和规模效应明显优于超级电容器。根据第一原理,超级电容完全有可能在成本上拉近与锂电池的差距,关键在于能否在其短板(如能量密度、自放电特性)上有所突破。