超级电容背后的“能量存储之王”，可替代锂电池

一、超级电容背后的“能量存储之王”，可替代锂电池

超级电容：能量存储之王

在当今的电子设备和可再生能源领域，能量存储是一个重要的挑战。锂电池作为目前主流的能量存储技术，虽然具有高能量密度和较长使用寿命的优势，但其充电时间长、不可再生以及存在安全隐患等问题也引起了人们的关注。

超级电容的优势

与锂电池相比，超级电容（Supercapacitor）具有快速充放电、长循环寿命、高功率密度和良好的温度适应性等优势。超级电容利用电场双重层和伪电容机制存储能量，通过电导电解质作为电介质实现，因此可以实现更快的充放电速度和更长的循环寿命。

超级电容与锂电池的区别

尽管超级电容在功率密度和循环寿命方面具有优势，但在能量密度方面仍然存在一定差距。锂电池的能量密度大约是超级电容的十倍左右。这使得超级电容主要应用于需要短时间高功率输出和快速充电的场景，例如电子设备的瞬间加速、能量回收和辅助动力系统。

超级电容的应用前景

随着科技的不断进步和对可持续能源需求的增长，超级电容在能量存储领域的应用前景广阔。在可再生能源的储能系统中，超级电容的快速充放电能力和长循环寿命使其成为一个可替代锂电池的候选方案。此外，超级电容还可以应用于电动汽车、电网调峰填谷、智能物联网等领域。

总结

超级电容作为一种新型能量存储技术，具有多方面的优势和应用前景。虽然在能量密度方面相较于锂电池有所欠缺，但超级电容的快速充放电和长循环寿命使其成为锂电池的替代品在特定场景中具有巨大潜力。未来，随着科学技术的发展和超级电容技术的进步，相信它将在能量存储领域发挥更加重要的作用。

感谢您阅读本文，希望通过本文能够帮助您了解超级电容技术的优势和应用前景。如果您对能量存储领域感兴趣或有任何问题，欢迎随时与我们联系。

二、超级电容真的能实现对锂电池的替代吗？

这取决于超级电容的性能是否能够超过锂电池的特性了，目前锂电池的优势是非常明显的，而超级电容还处于研发阶段，离实用化阶段还有很长的路要走。

大家都在拭目以待。

三、超级电容可以替代蓄电池吗？

虽然超级电容和蓄电池都能储存电荷，但是它们在一些方面有很大的不同。超级电容器具有很高的功率密度和快速的充放电速度，但能量密度相对较低，不能长时间地储存电荷。相比之下，蓄电池功率密度和放电速度相对较低，但能量密度较高，可以长时间地储存电荷。

因此，超级电容和蓄电池在一些应用场景中是相互补充的。例如，超级电容可以用于短时间的能量储存，例如车辆启动、制动能量回收等，而蓄电池则可以用于长时间的能量储存，例如太阳能电池板和风力涡轮机的储能系统。

然而，在一些特殊的应用场景中，超级电容也可以替代蓄电池。例如，在一些需要频繁充放电并且要求短时间内提供高功率的设备中，如闪光灯、摄影设备等，超级电容可能比蓄电池更加适合。

总的来说，超级电容和蓄电池可以在不同的场景中互相替代，但需要根据具体的应用环境和需求来选择。

四、超级电容可以替代电池供电吗？

超级电容器和电池都可以用来存储电能，并为电子设备提供电力。但它们的特性和应用场合有所不同，因此不能完全替代电池供电。以下是它们的一些不同之处：

储存容量：超级电容器的储存容量相对于同体积的电池较小，因此不能长时间地为电子设备提供电力。但是，超级电容器可以更快地充电和放电，因此适合应用于需要瞬间输出大量电力的场合。

工作电压：超级电容器的工作电压通常在2.7-2.8V左右，而电池的工作电压通常在1.2-1.5V左右。因此，在一些需要更高电压的场合，超级电容器可能并不能替代电池。

使用寿命：超级电容器的使用寿命较长，可以进行数百万次的充放电循环，而电池的使用寿命相对较短，一般只能进行数千次循环。因此，超级电容器在一些高频率、高强度的应用场合中有着更广泛的应用前景。

综上所述，虽然超级电容器和电池都可以用来存储电能和供电，但是它们的特性和应用场合有所不同，不能完全替代电池供电。因此，在实际应用中，需要根据具体的应用场合和要求，选择合适的电源设备。

五、超级电容怎么代替锂电池？

超级电容器像电容器一样以静电的方式储存能量，而不是像电池那样以化学的方式储存能量。此外，超级电容器还拥有锂电池无可比拟的优点，比如它在很小的体积下能存储很大的电容量;循环使用寿命长，可以反复充放电数十万次;充放电时间短;超低温特性好;大电流放电能力强等。

六、锂电池加装超级电容接法？

锂电池加装超级电容1.首先汽车断电2.先将备用电瓶上的正负极保护套拿掉3.在连接时,应当先将备用电瓶上的正极连接到汽车电瓶上的正极,再将备用电瓶上的负极连接到汽车电瓶上的负极4.完毕以后,将汽车电瓶上的正负极一起,同时拿掉

电容的正极接锂电池的正极，负极接锂电池的负极即可

七、电容电池为什么不能替代锂电池？

因为电压不稳定，电量比较小啊，电容电池的电压只有12伏，会产生波动电压，而锂电池电压非常稳定，可以达到14伏，电容量非常大，达到两万毫安

八、2.7v30000超级电容可以替代电池？

超级电容器是可以代替电池，这也是未来的一个方向。

超级电容器，又叫双电层电容器、电化学电容器, 黄金电容、法拉电容，通过极化电解质来储能。

九、电容替代原则？

如果是电源滤波电路，可以用25v 2200uf 来替换470uf 25v 的，滤波效果会更好；如果是音频输出电路，也可以用25v 2200uf 来替换470uf 25v 的，输出效果也会更好。

这种大容量电解电容代换原则是，优先考虑耐压值，其次是容量。高耐压的可以代替低耐压的，大容量的可以代替小容量的，当然，容量或大或小可以宽容一些。

耐压不足时，可以同容量同耐压串联使用；容量不足时，可以同耐压同容量或不同容量并联使用。

十、为什么电动小轿车不采用超级电容代替锂电池呢？为什么大型公交车就可以采用超级电容作为能量容器呢？

先简单介绍下超级电容器，按照储能机理来分，最常用的超级电容器有双电层超级电容器和法拉第贋电容超级电容器。

双电层超级电容器

通常被称为EDLC（机电双层电容器），其构造和锂动力电池类似，正极/隔膜/负极排列组织。

但构造虽然类似锂动力电池，但和锂动力电池不一样，电能的存储并不需要化学反应，而是一种电荷的纯物理迁移。充电后，电能作为电荷存储在板之间的电场中。当放电时，电流从电场中快速流出。无论是充放电，理论上超级电容器都不会消耗或耗散能量。

因为双电层电容超级电容的充放电不需要化学反应，而是直接就是电荷的迁移，所以拥有极快的充放电速度。而充电快是好事，但放电速度过快，实际并非一件好事。因为大部分载具都需要保证续航，需要储能装备源源不断地释放能量。

双电层超级电容器充/放电容量大、效率高、循环寿命长，能耐超低温，能量回收效率高，在未来的储能系统中极具发展潜力。但是目前阶段不能支持高电压，因此如何提高工作电压，就成为提升双电层电容器能量密度的关键。

法拉第贋电容超级电容器

原理是利用电极表面及其附近发生的电位范围内的高度可逆化学吸附/脱附或氧化/还原反应来实现能量储存。看似原理和锂电池的化学反应差不多，但这种充放电行为更接近电容器。

充电时，电解液的例子在外加电场的作用下想溶液扩散到电极/溶液界面。通过界面的电化学反应进入到电极表面活性氧化物的体相中。因为电极材料是具有较大比表面积的氧化物，大量电荷通过电化学反应储存在了电极中。

放电时，进入氧化物的电子会重新回到电解液中，同时存储的电荷将通过外电路释放出来。

法拉第赝电容器具有比双电层超级电容器更高的理论比电容，电极面积等同的前提下法拉第赝电容器是双电层电容器啊的10-100倍。同时能量密度更高，比容量更大。但是因为涉及到化学反应过程，所以循环稳定性没有双电层超级电容器好，另外因为技术原因，导致生产成本较高、电极材料利用率低、倍率性能差。

回到题目内容：

为什么电动小轿车不采用超级电容代替锂电池呢？为什么大型公交车就可以采用超级电容作为能量容器呢？

实际上个世纪，锂动力电池还远没有达到现在这样的业界共识。美欧、日本、俄罗斯都在尝试电动汽车上用多种动力，如燃料电池、超级电容器等。

美国能源部及USABC从1992年开始，就联合了多家企业，如MAXWELL，GE联合开发碳材料的双电层超级电容器。

其中俄罗斯研发的超级电容器比功率达到3KW/kg,循环寿命10万次以上，技术居于世界前列。

俄罗斯早期使用超级电容器的城市巴士，充一次电可以续航10-20公里。（利用电弓连接上方电线进行充电。）

之前就有相关新闻，莫斯科国立钢铁合金学院在中关村论坛—技术交易发布大会上，展示了超级电容器使用的电极材料，性能超过同类产品指标，而成本则降为原来的三分之一。

国内的超级电容器的公交车最开始出现在上海。

上海超级电容公交车在2006年投入使用，最开始的电量是5度，当时超级电容器还存储在车厢底部，每过两三站要停下来，在公交站上用充电桩插上充电半分钟再继续开……可想而知当时司机和乘客的感受……

现在的超级电容车（2019年第三代）则从5度的电量升级到了40度，超级电容器设置在了车顶，方便进行连接充电。

40度电可以维持一个单趟的市内全程（可以跑30-40公里），充电桩在终点站设置，每次超级电容器公交车回到终点站，只需要充电不到10分钟，就可以充满电了。

所以超级电容公交车利用的是双电层超级电容器充/放电容量大、效率高、循环寿命长，能量回收效率高这些特性，且因为路线固定，里程数较短，每跑个三四十公里单趟，司机休息的时候，十分钟内就可以充电完毕。且循环寿命达10万次以上，远远超过锂动力电池的一两千次，成本相对也摊得很低。

但是如果装载在小汽车上，因为其能量密度低，现在商用的锂动力电池，哪怕是系统能量密度较低的磷酸铁锂电池也有120-150wh/kg，而商用的三元锂电池则有180-200wh/kg的系统能量密度。但目前商用的双电层超级电容器的能量密度只有10wh/kg左右，仅为主流锂动力电池能量密度的4%-5%。

以2022款的480公里续航的小鹏P7为例，锂动力电池为磷酸铁锂电池，能量密度为125wh/kg，电池能量为60.2kwh。

系统能量密度=电池系统电量/电池系统重量

则整块锂动力电池包的大致重量为482公斤。

而系统能量密度为10wh/kg的双电层超级电容器，482公斤的超级电容器能提供的能量大概只能让P7跑38公里。如果要跑480公里，按照电池能量为60.2kwh,则超级电容器的重量则要达到6吨，但是这6吨的重量如果考虑进来，不谈这巨无霸的体积怎么容纳，则又需要更大的驱动力和电量，就是要更重的电池……（以上仅用能量密度、重量、能量计算，未考虑其他因素。）

可想而知，一辆充一次电只能跑不到40公里的纯电小汽车，哪怕是充电时间只要七八分钟，可以充电10万次，家用也够呛。毕竟车辆不仅仅是只用于上下班的，还是偶尔会跑下中远距离的。总不能跑个20公里就开始担心下一个充电桩在哪里……所以这种小型载具，因为超级电容器系统能量密度的原因，是无法承担起中远程续航的。

现有的景区中型游览车，跑的距离短，路线固定，两头可充电，也能适用这种超级电容器。而大型载具就更没问题了，如公交车本身自重就达到了10-15吨，所以加个三四吨平铺的电池组来说，无论是空间还是重量都能轻松容纳进去。

但现有的超级电容器虽然不能作为保障续航的主力电池来用，但是用作助力电池还是合格的。比如锂动力电池作为主要行驶动力，超级电容负责紧急情况的行驶（快速放电），而载具的减速，也可以很方便快速地给超级电容充电，实现动能的回收。

这样在小型载具上，如摩托车、两轮电动车、电动汽车、混动汽车上，也是可以使用超级电容器的。

制动能量回收，就可以用超级电容器来进行大电流的瞬时回收，而在需要急加速和爬坡的时候，把超级电容器的电量快速释放，可以获得短时间的大功率、大动力，从而带来全新的驾驶体验。

这样超级电容器也可以和锂动力电池混搭，或者和发动机进行混搭来提升车辆动力了。

比如兰博基尼新出的一款混动跑车“Sián”（一道闪电），这是世界上第一辆使用 “ 超级电容器 ” 的混动跑车，最大功率能达到 819 匹马力，最高时速超过 350 公里每小时，0 百加速只需 2.8 秒。它装载着6.5 升 V12 发动机，搭配超级电容器存储的制动能量，就能电机+发动机，提供瞬时的加速大扭矩，成功让这辆跑车进入了两秒俱乐部。

（图片来源网络，侵删！）

参考资料：

1、https://www.163.com/dy/article/GPOA2OR20530W6DQ.html

2、https://sghexport.shobserver.com/html/baijiahao/2021/09/22/544092.html