各類儲能技術(shù)特點

1、各類儲能技術(shù)特點、發(fā)展趨勢5、鉛蓄電池鉛蓄電池 技術(shù)特點：技術(shù)特點： 鉛蓄電池是指電極由鉛及其氧化物制成，電解液是硫酸溶液的一種蓄電池。在充電狀態(tài)下，鉛蓄電池的正極主要成分為二氧化鉛，放電狀態(tài)下，負極主要成分均為硫酸鉛。 鉛蓄電池是最早規(guī)?；瘜嵱玫亩坞姵?，從1895年法國科學(xué)家Caston Plante發(fā)明至今，已經(jīng)有150多年的歷史。鉛蓄電池已經(jīng)成為交通運輸、通信、電力、國防、航海、航空等各領(lǐng)域不可或缺的成熟產(chǎn)品。但充電速度慢、能量密度低、循環(huán)壽命短、過充電容易析出氣體、硫酸溢出會污染環(huán)境等各方面的問題，也使其并不適于應(yīng)用在電動汽車、新能源發(fā)電等領(lǐng)域。 近年來全球很多企業(yè)治理與開發(fā)出性能更

2、加優(yōu)異、能滿足各種使用要求的改性鉛蓄電池，主要包括超級電池、雙極性電池、鉛布水平電池、卷繞式電池、平面管式電池、箔式卷裝電池等。本書主要針對超級電池和雙極性電池做進一步探討。 超級電池是鉛蓄電池和超級電容器的組合體，具有充放電速度 各類儲能技術(shù)特點、發(fā)展趨勢5、鉛蓄電池鉛蓄電池 各類儲能技術(shù)特點、發(fā)展趨勢5、鉛蓄電池鉛蓄電池 快、功率密度高、電池壽命長等優(yōu)點，主要應(yīng)用于混合動力汽車、并網(wǎng)新能源發(fā)電和智能電網(wǎng)。該技術(shù)由澳大利亞CSIRO國家實驗室和日本古和電池聯(lián)合發(fā)明。此外，美國Axion公司也在開發(fā)類似產(chǎn)品。中國的浙江天能、浙江超威、浙江南都、武漢銀泰、這將會同、吉林匯能等公司，也已經(jīng)開始投入

3、研發(fā)。 雙極性電池是一種用雙極性極板制作的鉛蓄電池，與普通鉛蓄電池相比具有更高比能量、高功率性能、長壽命和適合高電壓設(shè)計的優(yōu)點。該領(lǐng)域尚處于起步階段，目前只有少數(shù)長江可以生產(chǎn)樣品，但均未大規(guī)模生產(chǎn)。美國Arias和BPC公司、瑞士愛立康公司技術(shù)領(lǐng)先，中國的幾家傳統(tǒng)鉛蓄電池公司如南都、風(fēng)帆、雙登等也都在進行雙極性電池的研發(fā)工作。 各類儲能技術(shù)特點、發(fā)展趨勢5、鉛蓄電池鉛蓄電池 鉛蓄電池的構(gòu)造各類儲能技術(shù)特點、發(fā)展趨勢5、鉛蓄電池鉛蓄電池 發(fā)展趨勢：發(fā)展趨勢： 經(jīng)過多年研究，鉛酸電池已經(jīng)成熟應(yīng)用于各種領(lǐng)域中，新型鉛酸電池儲能技術(shù)也在崛起中，水平鉛酸蓄電池和超級鉛酸電池是鉛酸電池未來的主要發(fā)展趨勢。

4、 水平鉛酸蓄電池是一種采用水平點擊的鉛酸電池新技術(shù)，采用專利擠壓工藝制成共軸玻纖覆鉛線及雙極電極結(jié)構(gòu)，具備優(yōu)異的性能，尤其在動力性能及抗震性能方面表現(xiàn)突出，作為動力電池完全滿足需要，在通信電源、太陽能、風(fēng)能蓄電池以及軍事應(yīng)用領(lǐng)域有很好的應(yīng)用前景。目前，水平鉛酸電池發(fā)展技術(shù)已經(jīng)比較成熟，擁有自主專利的鉛布板珊制造工藝，采用機械化的裝配工序，率先實現(xiàn)了水平電池的規(guī)?；a(chǎn)。美國Horizon Batteries,LLC、美國Millennium Energy Group、美國Xtreme Power公司、中國豪德千網(wǎng)水平電池有限公司、中國臺灣德發(fā)實業(yè)股份有限公司等都投入了大量的人力、物力和財力，水

5、平鉛酸蓄電池部分產(chǎn)品已經(jīng)實現(xiàn)商業(yè)化，目前，發(fā)展趨勢是進一步提高電池比能量、延長電池深循環(huán)壽 各類儲能技術(shù)特點、發(fā)展趨勢5、鉛蓄電池鉛蓄電池 命和更好地解決快速充電，以及自身放電較大的問題。 超級鉛酸電池將超級電容器和鉛酸電池的優(yōu)點集于一身，艱巨了好能量密度、高功率密度的優(yōu)點，是一種新型的儲能元件。超級鉛酸電池采用泡沫碳板柵和鉛炭電極，通過利用泡沫炭的高比表面積，結(jié)合了鉭電容器的高比功率和長壽命優(yōu)勢，作為車輛的動力電源是當前鉛酸電池技術(shù)層面的突破，與傳統(tǒng)鉛酸蓄電池相比，功率可提高20%50%，壽命至少可延長23倍，克服了傳統(tǒng)鉛酸電池的缺陷。今后，超級鉛酸電池的技術(shù)發(fā)展趨勢為：適用于超級電池負極的

6、碳材料研究與可開發(fā)；工作電壓與鉛酸電池一致，較低的析氫速率，高容量、放電初期能有效地分擔電流；如何選擇集流體，使其能更好的地發(fā)揮超級電池的大電流放電特性，并保證電池工作環(huán)境的穩(wěn)定性。 各類儲能技術(shù)特點、發(fā)展趨勢5、鋰離子電池鋰離子電池 技術(shù)特點：技術(shù)特點： 鋰離子電池是以含鋰的化合物做正極，在充放電過程中，通過鋰離子在電池正負極之間的往返脫出和嵌入實現(xiàn)充放電的一種二次電池。鋰離子電池實際上是一種鋰離子的濃差電池。當對電池進行充電時，電池正極材料上的鋰離子脫出，經(jīng)過電解液運動到負極表面，并嵌入負極材料中；放電時，嵌在負極材料中的鋰離子脫出重新插入正極材料中。 自從1991年日本索尼公司首次實現(xiàn)商

7、品化至今，根據(jù)正極材料和電解質(zhì)的不同，鋰離子電池已經(jīng)發(fā)展出包括估算鋰電池、錳酸鋰電池、磷酸鐵鋰電池、鈦酸鋰電池、三元材料鋰電池、聚合物鋰電池等在內(nèi)的多種電池體系。鋰離子電池由于能量密度高、壽命長、自放電小、無記憶效應(yīng)等優(yōu)點，已在數(shù)碼便攜產(chǎn)品中獲得了廣泛應(yīng)用，并且正逐步進入新能源汽車、儲能電站等應(yīng)用領(lǐng)域。 各類儲能技術(shù)特點、發(fā)展趨勢5、鋰離子電池鋰離子電池 鈷酸鋰正極材料結(jié)構(gòu)各類儲能技術(shù)特點、發(fā)展趨勢5、鋰離子電池鋰離子電池 鋰離子電池充放電原理示意圖各類儲能技術(shù)特點、發(fā)展趨勢5、鋰離子電池鋰離子電池 在各種鋰離子電池中： 鈷酸鋰電池產(chǎn)業(yè)化最成熟、產(chǎn)品的能量密度最高，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于手機、筆記本電

8、腦等小型移動設(shè)備上。目前日本松下和索尼、韓國三星SDI和LG化學(xué)、中國比亞迪、力神和比克等多家企業(yè)，幾控制了全球的鈷酸鋰電池行業(yè)，其中日本企業(yè)占據(jù)了高端市場，中國企業(yè)占據(jù)了低端市場。處于對安全的考慮，鈷酸鋰電池不適合大功率和大容量的應(yīng)用。 錳酸鋰電池有低成本、高性能的優(yōu)勢，產(chǎn)品安全性較鈷酸鋰電池高，是熱門的電動汽車電池備選技術(shù)，在全球的動力電池領(lǐng)域占據(jù)重要地位。日本企業(yè)在錳酸鋰電池領(lǐng)域開發(fā)應(yīng)用最早，技術(shù)最為領(lǐng)先，包括索尼、Sanyo（已和松下合并）和日產(chǎn)AESC公司等都在大力發(fā)展錳酸鋰電池；韓國企業(yè)在此領(lǐng)域投入巨大，緊跟日本企業(yè)，三星SDI和LG化學(xué)已經(jīng)具備相當實力。由于對生產(chǎn)工藝要求較高，中

9、國大多數(shù)企業(yè)沒有選擇在此領(lǐng)域投入，目前國內(nèi)只有國安盟固利等少數(shù)企業(yè)堅持反戰(zhàn)該技術(shù)。 各類儲能技術(shù)特點、發(fā)展趨勢5、鋰離子電池鋰離子電池 各類儲能技術(shù)特點、發(fā)展趨勢5、鋰離子電池鋰離子電池3. 磷酸鐵鋰電池具有長壽命、低成本以及高安全性等優(yōu)勢，是目前最熱門的電動汽車電池技術(shù)之一，也是電力儲能系統(tǒng)的熱門候選技術(shù)之一。近年來，磷酸鐵鋰電池在中國獲得了高度發(fā)展，無論是民間還是政府都對該技術(shù)給予厚望，代表型企業(yè)包括比亞迪、比克、力神等。但是，從產(chǎn)品性能上看，北美企業(yè)的產(chǎn)品目前仍然全球領(lǐng)先，標志性企業(yè)是美國A123公司，該公司的產(chǎn)品在低溫性能、倍率性能、循環(huán)壽命等方面，都明顯領(lǐng)先于其他企業(yè)的產(chǎn)品。 各類儲

10、能技術(shù)特點、發(fā)展趨勢5、鋰離子電池鋰離子電池 磷酸鐵鋰電池結(jié)構(gòu)各類儲能技術(shù)特點、發(fā)展趨勢5、鋰離子電池鋰離子電池 尖晶石型錳酸鋰的結(jié)構(gòu)在充放電上體現(xiàn)了優(yōu)勢各類儲能技術(shù)特點、發(fā)展趨勢5、鋰離子電池鋰離子電池 發(fā)展趨勢：發(fā)展趨勢： 目前從技術(shù)路線上說，業(yè)界對鋰離子電池比較常見的分類為鈷酸鋰電池、錳酸鋰電池、磷酸鐵鋰電池、鈦酸鋰電池。其中鈷酸鋰電池產(chǎn)業(yè)化最成熟，已廣泛應(yīng)用于手機、筆記本電腦等小型移動設(shè)備上；錳酸鋰電池以低成本、高性能的優(yōu)勢成為潛在的電動汽車電池，在日本有一定的成熟度；磷酸鐵鋰電池以長壽命、低成本以及高安全性等優(yōu)勢成為目前最熱門的儲能和電動汽車電池，尤其在中國；國內(nèi)鈦酸鋰電池還沒有克服

11、工藝問題，世界上只有日本東芝成功開發(fā)此電池并應(yīng)用在電動汽車上。 對于鈷酸鋰電池而言，未來主要發(fā)展趨勢將是改善材料結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，提高電池的安全性。根據(jù)目前研究結(jié)果，今后將主要采取用Mn、Al、Ni等其他元素取代部分鈷元素，以減少鈷的用量，提高材料的穩(wěn)定性，并且降低成本?；蛘邠诫sMg、Zr等其他元素穩(wěn)定材料的晶體結(jié)構(gòu)，改善材料的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。 各類儲能技術(shù)特點、發(fā)展趨勢 鋰離子電池的常見外形構(gòu)造各類儲能技術(shù)特點、發(fā)展趨勢5、鋰離子電池鋰離子電池 對于錳酸鋰電池而言，其主要的技術(shù)發(fā)展趨勢是研究如何解決電池容量衰減快的問題。未來，各廠商將從錳離子的溶解角度，研究如何避免材料結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)閷ΨQ性低、無序性增強的

12、四方結(jié)構(gòu)，抑制電解液產(chǎn)生HF，改善錳酸鋰電池容量衰減過快、材料不穩(wěn)定的問題。表面修飾以有效地抑制錳的溶解和電解液的分解；摻雜以有效抑制充放電過程中John-Teller效應(yīng)，進一步提高材料的電化學(xué)性能，會成為今后對尖晶石型錳酸鋰進行改性研究的方向之一。 對于磷酸鐵鋰電池而言，其未來發(fā)展趨向于解決磷酸鐵鋰材料制備、充放電等方面的技術(shù)問題：磷酸鐵鋰材料制備困難，在高溫合成過程中顆粒生長不易控制，顆粒均勻性較差，同時二價鐵離子易被氧化成三價鐵離子，產(chǎn)生Li3Fe2(PO4)3或者LiFe(P2O7) 雜質(zhì)，各類儲能技術(shù)特點、發(fā)展趨勢5、鋰離子電池鋰離子電池 需研究液相法制備和低溫燒結(jié)技術(shù)，提過材料的

13、一致性；磷酸鐵鋰電池充放電時極化較大，電池倍率性能較差，一般不能超過5C放電。未來希望通過納米化，在一定程度上解決此問題，但納米化工藝較為復(fù)雜，納米磷酸鐵鋰將面臨高成本的問題。 鋰離子電池負極材料的發(fā)展較為成熟，在商業(yè)應(yīng)用中，石墨類碳材料技術(shù)較為成熟，近年來硬碳、鈦酸鋰、合金等其他材料也相繼成為研究熱門。石墨類碳材料在安全和循環(huán)壽命方面性能突出，并且廉價、無毒、無害，是最為常見的負極材料；硬碳材料由于存在首效低、壓實密度低、工藝不成熟等問題，因此還沒有進入大規(guī)模商品化階段，國內(nèi)相關(guān)領(lǐng)域仍處于試驗階段，實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化銷售的企業(yè)不多，較為有名的是日本吳羽化學(xué)；鈦酸鋰是一種嵌入式化合 各類儲能技術(shù)特點、

14、發(fā)展趨勢5、鋰離子電池鋰離子電池 物，目前并未獲得廣泛的商業(yè)應(yīng)用，但國內(nèi)外企業(yè)以及研究機構(gòu)對其的關(guān)注度很高；金屬或非金屬化合物可以解決負極材料容量低的問題，但會導(dǎo)致材料的機械穩(wěn)定性下降，從而逐漸粉化失效，最終導(dǎo)致電池的循環(huán)性能差。目前改善合金負極材料性能，改善電化學(xué)循環(huán)穩(wěn)定性是大家關(guān)注的重點，如利用納米材料實現(xiàn)此目的。 隔離膜技術(shù)門檻高，造孔的工程技術(shù)以及基體材料是其主要的技術(shù)難點。目前日美廠商占據(jù)了壟斷地位，如日本旭化成、東燃化學(xué)、美國Celgard三個壟斷巨頭各自占據(jù)了全球市場份額的20%。近年來、國產(chǎn)膜的質(zhì)量逐漸提高，但與日美產(chǎn)品相比，質(zhì)量差距還很大，多用于中低端鋰離子電池市場。 各類儲

15、能技術(shù)特點、發(fā)展趨勢5、鋰離子電池鋰離子電池 生產(chǎn)鋰電池電解液的主要原材料包括溶劑、添加劑和電解質(zhì)，溶劑主要有碳酸丙烯酯、碳酸二甲醇等；電解質(zhì)包括六氟磷酸鋰、三氟甲基硫磺酸等。目前，溶劑和添加劑的技術(shù)工藝已經(jīng)較為普及，產(chǎn)能充足且已基本實現(xiàn)國產(chǎn)化，而電解質(zhì)技術(shù)相對復(fù)雜且對產(chǎn)品性能的影響最大。目前性能最好、使用量最多的電介質(zhì)為六氟磷酸鋰。六氟磷酸鋰的技術(shù)研發(fā)水平、生產(chǎn)供應(yīng)能力、價格水平等在很大程度上影響下游電解液乃至鋰電池的技術(shù)發(fā)展水平和產(chǎn)量，但目前全球范圍內(nèi)具備自主規(guī)?；a(chǎn)六氟磷酸鋰的企業(yè)極少，全球具備六氟磷酸鋰量產(chǎn)能力的供應(yīng)商主要是日本的企業(yè)，韓國、中國也有少數(shù)企業(yè)具備小規(guī)模生產(chǎn)能力。 各類

16、儲能技術(shù)特點、發(fā)展趨勢6、液流電池液流電池 技術(shù)特點：技術(shù)特點： 液流電池是通過可溶電對在惰性電極上發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)而完成充放電的一類電池。一個典型的液流電池單體結(jié)構(gòu)包括正負電極；隔膜和電極圍成的電極室；電解液罐、泵和管路系統(tǒng)。多個電池單體用雙極板串接等方式組成電堆，電堆配入控制系統(tǒng)組成蓄電系統(tǒng)。 液流電池存在很多的細分類型和具體體系，目前全球真正研究較為深入的液流電池體系只有四種，分別為全釩液流電池、鋅溴液流電池、鐵鉻液流電池和多溴化鈉/溴液流電池，病都有商業(yè)化示范運行的經(jīng)驗。 各類儲能技術(shù)特點、發(fā)展趨勢6、液流電池液流電池 各類儲能技術(shù)特點、發(fā)展趨勢6、液流電池液流電池 20世紀90年代起，

17、日本、澳大利亞、美國等已經(jīng)有了一些示范運行的釩電池項目，近兩年來隨著全球?qū)δ芗夹g(shù)的關(guān)注，釩電池在美國、中國等又陸續(xù)獲得一些項目機會。鋅溴液流電池的反應(yīng)活性物質(zhì)為溴化鋅，充電時鋅沉積在負極上，而在正極生成的溴會馬上把電解液中的溴絡(luò)合劑絡(luò)合成油狀物質(zhì)。目前全球鋅溴電池還處于產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的初期階段，研發(fā)主要集中與美國和澳大利亞，國內(nèi)近些年也有企業(yè)開始從事這方面的開發(fā)。美國的ZBB和Premium Power 公司作為著名的鋅溴電池廠商，已開發(fā)出具有不同規(guī)格的韓品（10500KW），近期更是受到美國政府、能源部及電力研究院的關(guān)注，相信將會在美國不斷向前發(fā)展。此外日本Meidensha公司、澳大利亞的R

18、edflow公司，中國的大連融科等也在積極發(fā)展研發(fā)工作。 各類儲能技術(shù)特點、發(fā)展趨勢6、液流電池液流電池 鐵鉻液流電池是以CrCl2和FeCl3的酸性水溶液（一般為鹽酸溶液）為電池正負極電解液及電池電化學(xué)反應(yīng)活性物質(zhì)，采用離子交換膜為隔膜的一類電池。鐵鉻液流電池系統(tǒng)雖然具有電解液原材料價格便宜的特點，但由于其負極析氫嚴重、正極析氯難以管理、系統(tǒng)循環(huán)壽命短。因此，20世紀80年代雖然日本先后研發(fā)出1KW、10KW、60KW甚至MW級電堆，但九十年代后期研發(fā)工作基本停止。近幾年，在美國有幾家公司又開始進行鐵鉻電池的研究和產(chǎn)業(yè)化工作，包括Deeya和Ktech公司。 各類儲能技術(shù)特點、發(fā)展趨勢6、液流電池液流電池 發(fā)展趨勢：發(fā)展趨勢： 目前，技術(shù)較為成熟，應(yīng)用較為廣泛的液流電池是全釩液流電池和鋅溴液流電池。綜合來看，全釩液流電池還處于商業(yè)化發(fā)展的初期階段，技術(shù)趨向于穩(wěn)定、成熟，但是仍然需要解決一些技術(shù)層面的問題。在未來發(fā)展中，全釩液流電池需要不斷研發(fā)新的電池材料，提高電池材