👌🏼 👩🏽‍✈️ 🙍🏻 是什么原因造成电池和超级电容器之间的差异 🚛 👨🏾‍🤝‍👨🏼 ➖

如今，电化学电源在任何地方都可以使用，并且具有鲜明的特征：容量或存储的能量数量以及功率，或者具有快速转移或累积这种能量的能力（大电流放电/充电）。另外，安全性和寿命对于电池非常重要。在这篇文章中，我将告诉您电池和超级电容器在化学方面有何不同，以及如何影响它们的技术特性。

我将从电池开始。如今，锂离子电池和镍氢（NiMH）电池是最常用的电池，但是出于多种原因，锂离子电池正逐渐取代NiMH。首先，锂离子电池的能源消耗更大。这是因为，与将电池电压限制为1.2 V的碱性NiMH电解质相比，碳酸盐基锂离子电池的电解质提供3V的电压。这就意味着达到特定电压所需的单元数将更少，而尺寸更紧凑，这对于现代便携式电子设备而言只是必需的。而且，最重要的是，与使用稀土金属合金的镍氢电池相比，锂离子电池包含更便宜的材料。

锂离子电池的操作如下：在充电和放电期间，锂离子嵌入阳极（最常见的是石墨）或阴极（过渡金属氧化物）的层状材料中。容量取决于电极中内置的锂量，如果如上所述，如果锂离子电池的容量良好，则取决于功率（这是电池在大电流下快速充电和放电的能力，例如在电动汽车的加速和再生制动期间）这不是那么简单。例如，当充电速度太快时，锂离子没有时间整合到晶体中并在阳极上形成锂金属链（枝晶），这可能导致短路，尤其是在低温下。过快的放电会破坏阴极晶体并导致电池过早老化。

什么决定电池电量？电池电量取决于几个参数：由活性材料和添加剂组成的电极电导率，在活性材料中发生的电化学过程的速度以及电解质的离子电导率。为了以某种方式提高锂离子电池的功率，如果要在高电流下使用它们，制造商会制造出特殊的，更薄的电极：它们包含的活性物质较少，但碳添加剂更多。结果，电极的电导率增加，但是，可惜的是，通过减少活性物质的量，容量也降低了。此外，即使这种技术提高了电极的电导率，也不应忘记影响功率的其他参数，尤其是锂缓慢掺入晶体中（扩散困难），该技术不会以任何方式影响。

但是在这里，纳米材料可以为我们提供帮助：为了集成到纳米晶体中，锂不需要移动很长的距离，因此插层要快得多。

但是可惜的是，纳米材料也有缺点，特别是化学反应性增加，这会缩短电池寿命。通常，尝试改善其中一个电池参数，其他所有参数通常会变得更糟。

但是，如果电池仍然需要在很高的电流下工作，而在这种电流下，电极的生产方法和活性材料的结构都无济于事，那么超级电容器就可以挽救生命。超级电容器乍一看就像一个电池：它还有两个放置在电解质中的电极。但这只是乍看之下。实际上，超级电容器以附着在电极表面的离子层（双电层）的形式存储能量。这种装置的容量直接取决于电极的表面，并且活性炭经常被用作活性材料。由于与锂离子电池不同，超级电容器中没有氧化还原反应，并且离子不应嵌入任何地方，因此充电和放电要快得多，而且设备本身更耐用。

但是，为什么具有如此出色的功率，超级电容器不能代替电池用作独立电源？但是事实是，形成双电层的过程比氧化还原反应的能量消耗低得多，因此，尽管超级电容器会迅速积累并迅速提供能量，但与电池相比，它的数量非常小。此外，超级电容器会遭受强烈的自放电：如果一个已充电的电池一个月内失去百分之几的容量，则超级电容器可以在此期间完全放电。因此，超级电容器通常与耗能的电池结合使用，并且仅在峰值负载时才起电源的作用。

如果自电源与网络断开连接，则自放电是电化学电源中的逐渐压降。在锂离子电池中，这与阴极处电解质的逐渐氧化有关，导致电子释放，阴极材料使用该电子将锂结合到其结构中（在放电过程中发生此过程）。由于电解质被缓慢氧化，因此自放电也很缓慢。但是，超级电容器自放电的确切机理尚不清楚，但它与电解质离子有关，电解质离子在电极表面上进入氧化还原反应。

最后，值得一提的是，还有“伪容量”超级电容器，也称为电化学超级电容器，其中，在活性材料表面上会进行更多能量密集的氧化还原过程，但这种设备的容量仍然低于电池，并且它们还遭受电池寿命的困扰。自我放电能力强。

资料来源：

Linden的电池手册，第四版
IEEE电力电子交易，第1卷。24，N°
2，2009 J.Electrochem Soc。，Vol。145，N°
10，1998 BE Conway，电化学超级电容器：科学基础和技术应用，1999

是什么原因造成电池和超级电容器之间的差异

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