锂电池的效率二氧化碳也可以做电池！造价成本比锂电池低，使用寿命却长得多|上海羊羽卓进出口贸易有限公司

二氧化碳也可以做电池！造价成本比锂电池低，使用寿命却长得多

二氧化碳通常作为发电的副产品排放，有时候发电情况也会用排放多少二氧化碳来衡量。

以美国为例，2022年他们国家每发一度电大约会有0.86磅（1磅约等于453.6克）的二氧化碳排放量[1]。

图源：参考1（AI翻译）

煤电的二氧化碳排放量是所有发电形式中第二多的，达到2.3磅每度，仅次于石油的2.38磅每度，但是石油很少直接用于发电，而煤基本都是用来发电的，每个国家的电网都有较高比例的煤电装机容量。

现在，中国煤电的装机容量占总容量的40%不到点（实际发电比例要比这个高），这个比例在这几年算是下降很多了，但比起美国依然还是高的。

所以，实际上咱们国家平均每发1度电的二氧化碳排放量比美国还要高（因为煤电比例高）。

然而，很多人可能不知道，二氧化碳也可以被收集起来用于发电，它是很好的充电电池材料，能够储存电能，并在需要的时候释放这些电能。

图：手机锂电池

二氧化碳电池如何工作？

关于充电电池，很多人都会想到锂电池、纳电池等化学电池，应该很少有人会想到二氧化碳，但科学家确实找到了方法，而且已经得到应用。

锂电池或者纳电池是通过材料的氧化还原反应来实现电能的存储和释放，但是二氧化碳电池有着完全不同的电能储存和释放方式——它利用的是二氧化碳超临界流体 的奇特物理性质。

当二氧化碳超过一定温度和压力——即31.1°C和7.39 兆帕时，二氧化碳就会变成超临界状态，在这种状态下，它可以像气体一样膨胀，但仍具有液体的密度。

实际上在这种状态下它可以像其它液体一样溶解一些物质，咖啡中的咖啡因很多时候就是通过超临界二氧化碳溶解的。

图：二氧化碳电池的工作原理，右边是二氧化其它，而左边三个管是储存二氧化碳液体

当然，要利用它发电或者释放电能的话，利用的是它在膨胀时保持的高密度，这样就可以将它泵送过涡轮，并驱动涡轮旋转，从而发电[2]。

放电过程解决了的话，那么如何充电呢？

这个也很简单，就是让它达到超临界的温度和压力就可以了，这个温度几乎就是常温了，所以充电时基本只要将电能转化为压力就好了。

二氧化碳电池的优缺点

实际上，利用超临界二氧化碳发电并不是什么新鲜事，它一直被提出，并已经发展为各种发电方式中蒸汽的可靠替代品——主要包括核能和聚光太阳能。

但是，就像我们看到的那样，很多人并不熟悉，这是因为它确实有一些缺点，没法广泛应用。

首先，从二氧化碳的发电原理，我们就可以知道这种电池根本无法像锂电池、纳电池那样是模块化，可以做成各种形状各种大小 。

由于膨胀后变成二氧化碳气体，它需要一个相当大的空间来储存这些二氧化碳，所以它根本就无法像锂电池、纳电池那在普通老百姓身边得到广泛应用。

另一方面，它的往返效率其实并不高，大约75%前后，也就是1度电给它充电话，它只能释放出0.75度电。

作为对比，锂电池往返效率可以达到85%（化学电池是目前往返效率最高的储能方式）[3]。

不过，二氧化碳电池也是有自己的优点。

二氧化碳电池和锂电池的对比，图源：参考3

首先，它是用环保的、取之不尽的工业废料——二氧化碳，这相比于锂电池就好太多了，锂资源并不算丰富，不过纳相对好一点。

其次，二氧化碳电池的往返效率不会随着时间推移而降低 ，30年以上它依然可以保持在75%左右的效率，但是像锂电池这样的化学电池，它随着时间推移效率会显著下降，两三年可能就大不如从前。

另外，二氧化碳电池的放电深度在所有条件下几乎都是100%，而化学电池并不是如此，化学反应因受到各种因素影响，放电深度会出现显著变化。

最重要的是，二氧化碳电池的造价成本比化学电池要低一点，如果以存储相同电量来比较的话，每度锂电池的造价是二氧化碳电池的1.7倍左右。

其实，从二氧化碳电池的优缺点来看，它并不适合作为普通的家用电池，但它非常适合作为电网中的储能电站 。

图：丰宁抽水蓄能电站

储存电力有多重要？

在河北省承德市的丰宁山上，有一座特殊的水电站，它建在山顶，平时要用电抽水上去灌满水库，然后在放水到下一个水库发电。

这个水电站就是丰宁抽水蓄能电站 ，它是本世纪人类建造的最大抽水蓄能电站，总投资达到192.37亿元，上水库总库容达到4504万立方米。

由于用电抽水，再放水发电，这个过程是有能量损耗的，所以很多人想不明白为什么要做这种亏本的买卖。

其实，原因很简单，国家电网的电是发多少必须用多少 ，不然发电站是要过热甚至烧毁掉的。

所以就需要这种储能电站，在发电量多到用不完的时候，就把电导给储能电站储能，而在发电量不足的时候，就将储能电站的电释放出来，丰宁抽水蓄能电站就是这种，它的本质也是一个“充电电池”，充电就相当于将电能转化为重力势能。

随着碳中和的相关规定，各个国家清洁能源——如风电站、太阳能的装机容量变得越来越多，但是这些发电站是靠天吃饭的，并不能人为控制时时刻刻的发电量。

二氧化碳储能电站的模拟图，图源：参考3

所以，随着这些不稳定的清洁能源使用的变多，储能电站的需求会越来越大的，二氧化碳电池也可以像抽水蓄能电站一样，在发电量大的时候给它充电，而发电量不足的时候再释放电能。

不过，二氧化碳电池的往返效率比抽水蓄能电站要差一些，好在它利用的是二氧化碳，这算碳排放的合理利用了。

最后，还有一点值得一提，虽然二氧化碳非常稳定，无毒无害，但今年意大利即将上线的一个二氧化碳电池储能电站，可能需要储存1000吨二氧化碳——一个巨大的穹顶结构用于储存，这将会是一个相当危险的设施。

如果这些二氧化碳不小心泄漏的话，可能会导致周围相当宽范围内的生物集体死亡。

参考：

[1].https://www.eia.gov/tools/faqs/faq.php?id=74&t=11

[2].https://spectrum.ieee.org/this-power-plant-runs-on-co2

[3].https://energydome.com/co2-battery/

锂电池重要性能指标解读

锂电池作为一种重要的能量存储装置，评估锂电池的性能非常重要，评估锂电池性能需要考虑多个性能指标。本文将详细解读锂电池的主要性能指标，包括额定容量、电池内阻、电压、放电平台时间、充放电倍率、自放电率、效率以及循环寿命。下面以某厂商的磷酸铁锂电池 18650-1500-3.2V(无PTC)规格书为例说明如下：

一、电池容量

（一）额定容量

硬件型号：48VAGV锂电池磷酸铁锂锂电池，系统版本：电池系统。额定容量是锂电池的重要性能指标之一，它表示在特定的温度和放电速率条件下，电池能够提供的电荷量。通常以毫安时（mAh）或安时（Ah）为单位进行表示。例如，一个 1000mAh 的锂电池，意味着在特定条件下，它可以提供 1000 毫安的电流持续放电 1 小时。额定容量是按国家标准规定的电池容量。

额定容量的大小与电池的体积、化学材料以及设计有关。一般来说，更大容量的锂电池能够存储更多的能量，从而提供更长的使用时间。需要注意的是，实际使用中的放电速率和温度等因素也会影响电池的容量表现。

（二）电池容量

电池容量是反映电池实际存储电量的大小，单位用Ah安时表示。同样安时越大，则电池容量就越大，电动车的续行里程就越远。国家标准规定新出厂的电池实际容量大于额定容量值为合格电池。如现在市场上电动自行车的电池，以恒电流5A放电要超过2小时（120分钟），大于（2小时×5A）10Ah。相当于电动车在平坦的路上连续行驶2小时以上。

二、锂电池性能

（一）锂电池内阻

电池内阻是指电池内部对电流的阻碍程度。它包括欧姆内阻和极化内阻。欧姆内阻是电池内部电极、电解液和连接元件等的电阻，而极化内阻则与电极表面化学反应和离子传输有关。

电池内阻对电池的放电性能和效率有重要影响。较低的内阻可以减少能量损耗，提高电池的放电效率和输出功率。同时，内阻的大小还会影响电池的温升和充电时间。

（二）锂电池电压

锂电池的电压分为开路电压和工作电压。开路电压是电池在未连接负载时的电压，而工作电压是电池在放电或充电过程中的电压。

开路电压通常在电池充满电时达到最高值，一般在 4.1-4.2V 左右。随着电池的放电，电压会逐渐下降，当电池电量耗尽时，电压会降至 3.0V 左右。工作电压则会根据负载电流和电池的状态而变化。

电压是衡量电池电量和充电状态的重要参数。通过测量电池的电压，可以大致了解电池的剩余电量和健康状态。

（三）放电平台时间

放电平台时间是指电池从满电状态放电到某一特定电压（如 3.6V）时所持续的时间。这一指标反映了电池在稳定放电阶段的性能。

较长的放电平台时间意味着电池能够在较长时间内保持稳定的电压输出，提供稳定的电力支持。放电平台时间受电池的化学性质、放电倍率和温度等因素影响。

（四）充放电倍率

充放电倍率是指电池在规定时间内放出或充入额定容量所需的电流值。以字母 C 表示，如 1C 表示 1 小时内将电池放电完毕或充电完毕。较高的充放电倍率意味着电池能够快速充放电，但也会对电池的寿命和性能产生一定影响。

充放电倍率的选择需要根据具体应用场景和设备的需求来确定。例如，对于需要快速充电的设备，可以选择支持较高充电倍率的锂电池。

（五）自放电率

自放电率是指电池在开路状态下，自身内部化学反应导致的电量损失率。较低的自放电率意味着电池在储存期间能够更好地保持电量。

自放电率受到电池的制造工艺、材料质量和储存条件等因素的影响。优质的锂电池通常具有较低的自放电率，能够延长电池的储存寿命。

（六）电池效率

锂电池的效率包括充电效率和放电效率。充电效率是指充电过程中输入的电能转化为电池化学能的比例，而放电效率则是指电池放电时输出的电能与存储的化学能之比。

效率的高低会影响电池的能量利用效率和充电时间。较高的效率意味着电池能够更有效地转换电能，减少能量损失。

（七）循环寿命

循环寿命是指锂电池在经过多次充放电循环后，电池容量下降到一定程度时的使用寿命。循环寿命的评估通常以特定的充放电制度进行。

一般来说，锂电池的循环寿命在 GB 标准下要求达到 500 次以上，且容量保持率在 60%-70%以上。循环寿命受到多种因素的影响，包括充放电深度、温度、充放电倍率等。

延长锂电池的循环寿命可以通过合理的使用和充电方式来实现，例如避免过度充电和过度放电，控制充电温度等。举例而言，一般情况下，用于上、下班或接送小孩上学，在城市范围内每天连续行驶1个小时左右（大约25公里），一年下来相当于电池循环180次左右，如果是合格的电池，可使用近两年时间，此时电池容量还有额定的70％，相当于电动车还可连续行驶70分钟，大约行驶30公里。