锂电池、燃料电池和超级电容各有什么优劣势？

目前锂电池的应用最广泛。根据材料的不同，锂电池可分为磷酸铁锂电池、钴酸锂电池与三元聚合物锂电池。磷酸铁锂电池技术相对成熟、安全，但是也存在缺点，即能量密度低，电池一致性问题难以解决，精确性和稳定性很难控制，虽然现大多数电动汽车使用的是磷酸铁锂电池，但导致电动汽车续航里程短，难以满足消费者需求；钴酸锂电池相比于磷酸铁锂电池，虽然能量密度较大，但安全性较低，且成本高；三元电池能量密度高成本更低，但目前技术不成熟，导致安全性能不能得到保障。

 

　　燃料电池也是新能源电池发展的另一大热点。氢燃料突出的特点就是无污染、效率高、可循环利用。氢作为一种燃料气体，燃烧释放的热量是汽油发热量的3倍，而燃烧的产物是水，完全无污染，因此氢作为燃料被认为将会成为21世纪最理想的能源。但是燃料电池也存在成本高、氢气来源有限、存在爆炸等安全隐患等缺点。

 

　　从理论上讲，超级电容比锂电池、燃料电池各方面更优异，优点是充电速度快、效率高、放电效率快以及耐充，但其自身也存在两点缺陷：一是安全性，过快的充电速度和过高的放电效率导致安全性更难控制；二是较低的安全电压，这制约了其在驱动汽车上的应用。

 

　　根据以上三类新能源电池的优缺点比较来看，在短期内锂电池仍占主要地位，而燃料电池和锂电池将并驾齐驱，超级电容在短期内很难突破取代锂电池。未来随着技术的发展，燃料电池、锂电池、超级电容凭借其自身的优势，将在不同方面着重发展，而技术的融合也将促进新能源电池的进步。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。正是由于储能性质上的差异使得锂电池和超级电容在具体的特性上有了巨大的差异。超级电容由于不依赖化学反应实现能量转化，因此充电速率更快、内阻更小、可循环次数更多、受温度影响也小、安全性高；另一方面超级电容也因此有着能量存储更不稳定（自放电大）、能量密度低的特性。从下图看超级电容在能量密度和功率密度上是正好介于普通电容和蓄电池之间的储能器件。

所以如果做一个形象的比喻，锂电池像是一台饮水机，大容量却出水慢。超级电容就像是一个杯水，一口就能干杯。

定量认知

 

1.容量及电压范围

 

锂电池的容量一般用Ah表示，常见的动力电池一般在2~100Ah的区间内。超级电容的容量一般用F表示，常见的型号一般在300F~5000F的区间。所以若要进行容量比较则需要转换到同一单位上，则用Q = 1/2 * C * V来计算。如下图的3V/3000F的超级电容为1.25Ah（3.75wh）。

 

 

 

锂电池的工作电压范围一般在2.5V~4.2V之间，无论出现过充或是过放都将导致电池的不可逆损伤，甚至引发安全问题。超级电容的工作电压范围一般在0V~3V之间，所以不存在过放的情况。

 

2.能量/功率密度

 

锂电池的能量密度一般在100~300wh/kg范围，而超级电容仅仅只有5~30wh/kg，因此超级电容并不适合能量型应用领域。但是在功率密度上电池一般在1kw/kg的水平，而超级电容可达7kw/kg以上。

 

3.寿命

 

寿命可以分为循环寿命和日历寿命两部分来比较。日历寿命两者差异不大，都可以达到10年以上的水平。在循环寿命方面一般的锂电池在500~3000周（钛酸锂可达1万周）。而超级电容可以做到循环10万周容量衰减仅10%。