What is the difference between supercapacitors and batteries?

超級電容器與電池的比較：就像比較短跑運動員和馬拉松運動員。他們都做著相同的事情——即儲存能量——但有著不同的優勢和劣勢，使得每一種都非常適合其預期的應用。那麼，超級電容器與最常見的鋰離子（Li-ion）電池相比如何？

什麼是超級電容器？

超級電容器通過兩種機制儲存能量：靜電和電化學。在靜電儲存中，電荷在電極-電解質界面分離，導致形成電荷雙層。這種雙層電容利用不涉及電池內部化學反應的方式儲存能量。以這種方式儲存的能量可以快速釋放。電化學機制涉及氧化還原反應，通過電解質和電極之間的離子運動儲存電荷。超級電容器可以根據其預期應用利用一種或兩種機制。

什麼是鋰離子電池？

鋰離子電池是最常見的充電電池種類。電池通過電化學過程儲存電力——將電力轉化為化學能，並在需要時轉回電力。鋰離子電池具有最高的體積和重量能量密度，使它們適合用於便攜式高能量密度存儲系統。鋰離子電池被用於許多設備中，從電動車到智慧型手機和筆記本電腦。

超級電容器 vs 鋰離子電池：優缺點

• 能量密度：超級電容器每單位體積或重量儲存的能量遠少於傳統電池。在電動車中，能量密度轉化為每次充電的里程。因此，電池更適合於需要大能量儲存的應用。
• 功率密度：超級電容器可以在短時間內釋放大量能量，這使得它們非常適合於需要快速功率使用的應用。電動車的快速加速和相機閃光燈就是這樣的應用。
• 自放電：電池的自放電率比超級電容器低得多。因此，電池更適合於不需要頻繁充電的長期能量儲存應用。
• 壽命：在電池中，化學反應會腐蝕組件——因此，超級電容器可以承受超過 1,000,000 次充放電循環，而普通電池只能承受大約 2,000 到 3,000 次循環。
• 成本：由於組件成本，並且電力釋放速度很快，有時效率低下，超級電容器的每瓦特成本通常更高。
• 可持續性：開采鋰、鎳和鈷以製造鋰離子電池會帶來環境污染和廢物問題。相比之下，超級電容器可以使用更可持續的材料，如來自生物質來源的活性炭，這些材料更具可再生性，對環境的損害較小，且更易於回收。

哪種技術更好？

總之，選擇超級電容器還是電池完全取決於應用。兩者都提供了重大的價值——有時它們作為一個團隊更好地發揮作用！例如，配備了兩者的公交車可以在需要時用其電容器加速，當需要保持穩定速度時則由電池接管。

然而，在電池和超級電容器方面有很多問題仍需探索。這就是為什麼有大量的研究致力於尋找和完善新的材料和化學方法，以提升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。

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