超級電容器與電池的差異

超級電容器 vs 電池：就像將短跑選手與馬拉松選手相比一樣。兩者都執行儲能的相同任務，但各自具有不同的優勢和缺點，以理想地適合各自的用途。那么超級電容器如何與最常見類型的鋰離子（Li-ion）電池比較呢？

什麼是超級電容器？

超級電容器通過靜電和電化學兩種機制儲存能量。在靜電儲存中，電荷在電極-電解質界面處分離，形成離子的電雙層。該雙層電容可在無化學反應的情況下儲存能量。這樣儲存的能量可以在需要時快速釋放。電化學機制涉及氧化還原反應，電荷通過電解質和電極之間的離子移動進行儲存。超級電容器可以根據用途利用一或兩種機制。

什麼是鋰離子電池？

鋰離子電池是最常見的可充電電池類型。電池通過電化學過程儲存電力，也就是說，在需要時將電力轉換為化學能，然後再次轉換為電力。鋰離子電池的體積和重量能量密度最高，因此適合於便攜式高能量密度儲存系統。鋰離子電池被用於從電動汽車到智能手機和筆記本電腦等各種設備。

超級電容器與鋰離子電池優缺點比較：

能量密度：與傳統電池相比，超級電容器儲存的能量密度每單位體積或重量更少。在電動汽車中，能量密度解釋為每次充電的行駛距離。因此，電池更適合需要大規模儲能的應用。

功率密度：超級電容器可以在短時間內提供大量能量，因此非常適合於需要快速電力使用的應用。電動汽車的快速加速和相機閃光燈就是這樣的應用。

自放電：與超級電容器相比，電池具有更低的自放電率。因此，電池更適合於需要長期儲能而不經常充電的應用。

壽命：由於化學反應，電池的組件會腐蝕。因此，超級電容器能承受超過1,000,000次充放電周期，而一般電池只能承受約2,000~3,000周期。

成本：超級電容器通常因組件成本和電力快速放電有時效率低下的原因，導致每瓦特成本更高。

可持續性：鋰離子電池所需的鋰、鎳、鈷的開採會帶來與廢棄物和污染有關的環境問題。相比之下，超級電容器可以使用更可再生、更環境友好、更易於回收的生物質來源的活性炭等更具可持續性的材料。

哪種技術更好？

換句話說，超級電容器或電池的選擇完全取決於應用。兩者都提供了相當的價值，有時在同時利用兩者時效果最佳！例如，同時配備兩者的公車可以在需要時使用電容器加速，而在需要保持恆定速度時則由電池提供動力。

然而，在電池和超級電容器方面仍需要探索更多部分。許多研究正在進行，以尋找和完善可提高電池和超級電容器的能量密度、放電能力、循環耐久性和安全性的材料和化學成分。

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例如，Zetium或Epsilon範圍的X射線熒光光譜儀可用於分析負極、正極及電解質材料的元素組成及雜質。

使用Mastersizer和Zetasizer Advance產品組合可以表徵粒子的大小和大小分佈。

Empyrean和小型AerisX射線衍射設備可以分析超級電容器和電池材料中的晶體缺陷，這些缺陷對電池性能有負面影響。