用于储能系统的锂离子电容器：与磷酸铁锂电池的对比生命周期评估

可再生动力需配备有效的存储解决计划以应对间歇性供电应战。本研讨选用从摇篮到闸口的生命周期点评（LCA）办法，对比了电网级储能使用中锂离子电容器（LiC）与磷酸铁锂电池（LFP）的环境体现。根据ReCiPe 2016中点点评法，以每千瓦时储能为功能单位进行环境影响评估。成果显示：LFP电池的全球变暖潜值下降26.6%，但其陆地生态毒性（超490%）和矿产资源稀缺性（142%）明显更高，后者首要源于铜资料的使用。针对电极比例、动力结构和替代资料的敏感性分析揭示了进一步改进的路径。当与可再生动力调配使用时，两种储能体系计划均展现出比继续化石动力发电低得多的外部性，尽管其影响仍高于水电与核电。这些发现凸显了规划优化与制造挑选作为下降储能体系环境负担的关键杠杆，并为未来方针制定与技能决议计划供给了根据。

引言

跟着全球关注点转向减少碳排放，动力行业成为全球温室气体的首要贡献者。2023年，与动力相关的排放量增加了4.1亿吨，全球总量到达创纪录的374亿吨[1]。尽管许多国家的可再生动力发电量明显增加，但其中部分国家仍面临严峻应战。作为间歇性动力，这些发电方式仅能在有利条件下运转，这约束了其可靠性[2]。因此，不可再生资源仍是许多区域的首要动力。为战胜可再生动力的间歇性问题，实施储能体系（ESSs）变得至关重要。ESSs可在低需求时段储存过剩能量，并在用电顶峰时释放，从而稳定电力供应并最大化间歇性动力的利用效率。
锂离子电池技能的前进使其成为大规划储能领域的前沿议题。全球方针制定者正考虑将这类电池接入电网体系，以助力削峰填谷并支撑可再生动力占比的提高。以加州为例，该区域已成为电池储能体系（ESS）使用的先行者，其储能容量从2018年的500兆瓦跃升至2025年的15,763兆瓦[3]。尽管使用远景广阔，锂离子电池在面向大规划电网使用扩展时仍面临许多应战。其相对较低的循环寿命和功率输出是严重妨碍。锂离子技能的创新首要面向能量密度至关重要的电动汽车(EVs)领域。相比之下，电网使用更注重长循环寿命和不同运转条件下的稳定性[4]。鉴于这些应战，探索能更好满足电网规划储能需求的新技能至关重要。锂离子电容器(LiC)就是这样一种新兴技能，这种混合型电容器兼具电池和电容器的特性。
混合电容器将电容器的高功率密度与电池的合理能量密度及更长循环寿命相结合。该器件选用电池型阳极与电容器型阴极，并调配一种同时支撑插层反应和双电层形成的电解质。虽然混合电容器在放电过程中仍会呈现电压坠落，但由于电池阳极供给的稳定电压贡献，其电压不会降至零。这一特性使其相较传统电池具有更快的充电速度，并对温度变化体现出更强的适应性。混合电容器在-20°C环境下仍能保持约50%的容量，而锂离子电池在此低温条件下则难以充电[5]。
跟着ESS（储能体系）技能的广泛使用，评估其环境影响对确保其效益大于潜在弊端至关重要。本研讨旨在对锂离子电容器（LiCs）进行生命周期评估（LCA），并将其与在电网和车辆使用中日益盛行的磷酸铁锂（LFP）电池进行对比。咱们假定锂离子电容器将体现出更高的全球变暖潜能值，但对矿产资源稀缺性的影响相对有限。此外，生产地点、资料挑选及规划计划的差异或许导致环境影响呈现明显波动。