碳中和技術(shù)概論 課件匯 張玉清 第7、8章 儲(chǔ)能技術(shù) -智能微電網(wǎng)應(yīng)用技術(shù)

第7章儲(chǔ)能技術(shù)CONTENTS目錄儲(chǔ)熱技術(shù)PART

02機(jī)械儲(chǔ)能PART

03電化學(xué)儲(chǔ)能PART

04電磁儲(chǔ)能PART

05儲(chǔ)能技術(shù)概述PART

01儲(chǔ)能技術(shù)概述Part.01儲(chǔ)能的目的1隨著人口的增長和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人們對(duì)能源的需求越來越大，能源問題也越來越突出，主要表現(xiàn)為以下兩方面：

能源危機(jī)：目前的煤炭、石油、天然氣等主流能源都是不可再生能源。

環(huán)境問題：化石燃料的開發(fā)利用過程帶來了嚴(yán)重的大氣污染、水污染、溫室效應(yīng)、酸雨等環(huán)境問題。能源問題儲(chǔ)能的目的能源問題的應(yīng)對(duì)方案許多國家都在加速發(fā)展新能源技術(shù)，以此來應(yīng)對(duì)能源問題。我國更是順應(yīng)潮流，提出了二氧化碳排放力爭于2030年前達(dá)到峰值，努力爭取2060年前實(shí)現(xiàn)碳中和的“雙碳”目標(biāo)。1儲(chǔ)能的目的我國新能源發(fā)展現(xiàn)狀在努力實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)的背景下，光伏、風(fēng)能、生物質(zhì)能等可再生新能源的建設(shè)規(guī)模和速度逐漸加快，其發(fā)電接入電網(wǎng)的比例也日益增加。截至2022年底，可再生能源裝機(jī)突破12億千瓦，達(dá)到12.13億千瓦，占全國發(fā)電總裝機(jī)的47.3%。預(yù)計(jì)到2050年，新能源發(fā)電并網(wǎng)裝機(jī)容量將達(dá)到20億kW以上，屆時(shí)將成為中國第二大主力電源。1儲(chǔ)能的目的我國新能源發(fā)展現(xiàn)狀我國的經(jīng)濟(jì)發(fā)展及用電量狀況又與一次能源的分布呈現(xiàn)負(fù)相關(guān)，即經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)、用電量高的地區(qū)一次能源少，經(jīng)濟(jì)欠發(fā)達(dá)、用電量低的地區(qū)一次能源多。資源與需求的不平衡性決定了我國新能源發(fā)電的接入電網(wǎng)的方式，多為集中式大規(guī)模接入電網(wǎng)。1儲(chǔ)能的目的我國新能源發(fā)展中的問題第一：新能源存在的波動(dòng)性和間歇性。如果不經(jīng)處理直接將新能源發(fā)電接入電網(wǎng)，會(huì)給電網(wǎng)帶來巨大的不穩(wěn)定性。大規(guī)模的新能源發(fā)電接入電網(wǎng)固然可以提升能源的整體清潔程度，但是同時(shí)存在兩個(gè)不可忽略的重要問題：以太陽能發(fā)電為例，夏季秋季發(fā)電多、春季冬季發(fā)電少；白天發(fā)電多、傍晚和晚上不發(fā)電。1儲(chǔ)能的目的我國新能源發(fā)展中的問題第二：可再生能源的消納問題。資源與需求的不平衡性決定了我國新能源發(fā)電接入電網(wǎng)的方式多為集中式大規(guī)模接入電網(wǎng)，即大規(guī)模集中開發(fā)的風(fēng)能、太陽能發(fā)電需要輸送到其他地區(qū)的區(qū)域電網(wǎng)或跨省電網(wǎng)進(jìn)行消納。但是由于目前集中開發(fā)太陽能和風(fēng)能的地區(qū)的電網(wǎng)調(diào)峰能力不足，可再生能源的消納就成了一個(gè)大問題，以至于為此不得不在特定時(shí)間段使許多風(fēng)力發(fā)電、光伏發(fā)電機(jī)組停止運(yùn)行，以維持電網(wǎng)穩(wěn)定。這使得部分地區(qū)的棄風(fēng)率、棄光率驚人，造成了巨大的經(jīng)濟(jì)損失。1儲(chǔ)能的目的儲(chǔ)能的概念為了解決上述問題，儲(chǔ)能的概念即被引入新能源的開發(fā)之中。由于獲得的能量和需求的能量往往不一致，為了保證能量的利用過程能夠連續(xù)進(jìn)行，就需要對(duì)某種形式的能量進(jìn)行儲(chǔ)存，即儲(chǔ)能或蓄能。儲(chǔ)能的目的：克服能量供應(yīng)和需求在時(shí)間、空間上的差別。1儲(chǔ)能的目的儲(chǔ)能在新能源利用中的作用其一，儲(chǔ)能可以保證電力系統(tǒng)穩(wěn)定。光伏電站系統(tǒng)中，太陽電池發(fā)電的輸出功率曲線與負(fù)荷曲線之間存在較大差異，并且兩者均存在某些不可預(yù)料的波動(dòng)。通過儲(chǔ)能系統(tǒng)的能量存儲(chǔ)，可以起到很好的緩沖作用，從而使得電力系統(tǒng)即使在輸入及負(fù)荷發(fā)生不可預(yù)料波動(dòng)的情況下，仍然能夠相對(duì)平穩(wěn)的運(yùn)行。1儲(chǔ)能的目的儲(chǔ)能在新能源利用中的作用其二，儲(chǔ)能可將能量儲(chǔ)存起來以備他用?？梢栽诠夥l(fā)電無法正常運(yùn)行的情況下（夜間、陰雨天）調(diào)用儲(chǔ)能系統(tǒng)中儲(chǔ)存的電能以滿足負(fù)荷的需求，起到備用和過渡的作用。1儲(chǔ)能的目的儲(chǔ)能在新能源利用中的作用其三，儲(chǔ)能還有助于提高電力的品質(zhì)和可靠性。儲(chǔ)能系統(tǒng)的存在可有效降低負(fù)載中電壓低谷、電壓尖峰、突發(fā)干擾等引起的電網(wǎng)波動(dòng)對(duì)電力系統(tǒng)的影響，從而保證電力輸出的品質(zhì)與可靠性。1儲(chǔ)能的基本原理能量能量是一切物質(zhì)運(yùn)動(dòng)、變化、相互作用的度量。能量的存在形式：機(jī)械能（風(fēng)能、潮汐能等）內(nèi)能（地?zé)崮艿龋╇娔芑瘜W(xué)能光能原子能（又稱核能）1儲(chǔ)能的基本原理能量的基本性質(zhì)狀態(tài)性：能量總是處于一定的形式。可加性：同種能量可相互疊加。傳遞性：能量可以從一個(gè)物體傳遞到另一個(gè)物體。轉(zhuǎn)換性：能量可以從一種形態(tài)轉(zhuǎn)換為另一種形態(tài)。能量利用的過程實(shí)質(zhì)上就是能量的轉(zhuǎn)換與傳遞。1儲(chǔ)能的基本原理儲(chǔ)能的基本原理能量的傳遞性與轉(zhuǎn)換性是儲(chǔ)能之所以能實(shí)現(xiàn)的基礎(chǔ)。利用不同形式能量之間的相互轉(zhuǎn)化，即可將某種形式的能量轉(zhuǎn)化成另一種可儲(chǔ)存的形式，從而實(shí)現(xiàn)能量的儲(chǔ)存。更具體地：通過一定的介質(zhì)或裝置，將某種形式的能量轉(zhuǎn)換成另一種在自然條件下比較穩(wěn)定的存在形式，并可根據(jù)應(yīng)用的需求以特定的形式釋放能量，這就是儲(chǔ)能的基本原理。1儲(chǔ)能技術(shù)的類型儲(chǔ)能技術(shù)類型按照儲(chǔ)能時(shí)轉(zhuǎn)化并儲(chǔ)存的能量形式的不同，儲(chǔ)能可分為機(jī)械儲(chǔ)能、電化學(xué)儲(chǔ)能、電磁儲(chǔ)能、熱儲(chǔ)能、化學(xué)儲(chǔ)能等儲(chǔ)能方式，分別對(duì)應(yīng)著不同的場景。1各類儲(chǔ)能技術(shù)裝機(jī)規(guī)模全球電力儲(chǔ)能市場累計(jì)裝機(jī)規(guī)模（MW%，2000~2022）儲(chǔ)能技術(shù)的類型1各類儲(chǔ)能技術(shù)裝機(jī)規(guī)模中國電力儲(chǔ)能市場累計(jì)裝機(jī)規(guī)模（MW%，2000~2022）儲(chǔ)能技術(shù)的類型1各類儲(chǔ)能技術(shù)性能特征儲(chǔ)能技術(shù)的類型儲(chǔ)能類型儲(chǔ)能技術(shù)儲(chǔ)能時(shí)長響應(yīng)時(shí)間釋能時(shí)長綜合效率壽命技術(shù)成熟度熱儲(chǔ)能顯熱儲(chǔ)能相變儲(chǔ)能熱化學(xué)儲(chǔ)能短時(shí)長時(shí)超長時(shí)min級(jí)s~min級(jí)min級(jí)h級(jí)h級(jí)h級(jí)20%~30%30%~50%20%~40%20年以上10~15年10~20年成熟商業(yè)化早期開發(fā)階段機(jī)械儲(chǔ)能抽水蓄能長時(shí)s~min級(jí)1~24h75%~85%60~70年成熟壓縮空氣儲(chǔ)能長時(shí)min級(jí)1~24h70%~80%30~40年成熟飛輪儲(chǔ)能短時(shí)ms~min級(jí)ms~min級(jí)93%~95%20年以上商業(yè)化早期電化學(xué)儲(chǔ)能鋰離子電池長時(shí)ms~min級(jí)min~h級(jí)90%~95%5~15年商業(yè)化鈉離子電池長時(shí)ms~min級(jí)min~h級(jí)90%~95%5~15年商業(yè)化早期鉛蓄電池中長時(shí)ms~min級(jí)min~h級(jí)75%~90%5~10年商業(yè)化液流電池長時(shí)ms級(jí)h級(jí)60%~85%10~15年商業(yè)化早期鈉硫電池中長時(shí)ms級(jí)h級(jí)80%~90%10~15年商業(yè)化早期電磁儲(chǔ)能超級(jí)電容器短時(shí)ms級(jí)ms~min級(jí)90%~95%20年以上開發(fā)階段超導(dǎo)儲(chǔ)能長時(shí)ms級(jí)s級(jí)95%~98%20年以上開發(fā)階段化學(xué)儲(chǔ)能氫能超長時(shí)ms~min級(jí)h級(jí)30%~40%10~20年開發(fā)階段電轉(zhuǎn)甲烷超長時(shí)ms~min級(jí)h級(jí)25%~30%10~20年開發(fā)階段1儲(chǔ)能技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀目前，除了抽水蓄能較成熟之外，其它的儲(chǔ)能方式均處于新興階段，屬于新型儲(chǔ)能技術(shù)，仍有進(jìn)步空間。抽水蓄能與其它新型儲(chǔ)能方式各有優(yōu)缺點(diǎn)，在當(dāng)前形勢下，兩者可互補(bǔ)發(fā)展。但從長遠(yuǎn)的可持續(xù)性來看，抽水蓄能電站容量大，壽命期長，運(yùn)行成本低，安全可靠性高，仍應(yīng)作為電力系統(tǒng)最主要的儲(chǔ)能手段和調(diào)節(jié)電源；抽水蓄能以外的新型儲(chǔ)能技術(shù)，具有精準(zhǔn)控制、快速響應(yīng)、靈活配置和四象限靈活調(diào)節(jié)功率等特點(diǎn)，能夠?yàn)殡娏ο到y(tǒng)提供多時(shí)間尺度、全過程的平衡能力、支撐能力和調(diào)控能力，是構(gòu)建以新能源為主體新型電力系統(tǒng)的重要支撐技術(shù)。儲(chǔ)能技術(shù)的類型1儲(chǔ)熱技術(shù)Part.02儲(chǔ)熱與蓄冷熱能(或冷能)的使用過程中，在時(shí)間和空間上存在供求不匹配的矛盾。需要引入儲(chǔ)能技術(shù)（儲(chǔ)熱與蓄冷），來解決上述矛盾。儲(chǔ)熱蓄冷2熱能(或冷能)的儲(chǔ)存熱能(或冷能)儲(chǔ)存的主要方式：顯熱儲(chǔ)能：每一種物質(zhì)均具有一定的熱容，在物質(zhì)形態(tài)不變的情況下隨著溫度的變化，它會(huì)吸收或放出熱量，顯熱儲(chǔ)能技術(shù)就是利用物質(zhì)的這一特性。其儲(chǔ)熱效果和材料的比熱容、密度等因素關(guān)系密切。顯熱儲(chǔ)能、潛熱儲(chǔ)能、熱化學(xué)儲(chǔ)能。2顯熱儲(chǔ)能利用價(jià)格低廉、來源方便、比熱容大的水作為儲(chǔ)能介質(zhì)來儲(chǔ)存熱量，是最為常見的顯熱儲(chǔ)能方式。顯熱儲(chǔ)能的特點(diǎn)：原理簡單、材料來源豐富、成本低廉、運(yùn)行系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、使用方便；儲(chǔ)能密度小、儲(chǔ)能裝置體積大、難以實(shí)現(xiàn)大規(guī)模應(yīng)用。2潛熱儲(chǔ)能潛熱儲(chǔ)能：利用材料在發(fā)生物相變化時(shí)吸收或釋放大量的潛熱來進(jìn)行熱量的儲(chǔ)存。故而，又稱為相變儲(chǔ)能。相變潛熱：物質(zhì)從一種相態(tài)轉(zhuǎn)變成另一種相態(tài)（即相變）的過程中，伴有能量的吸收或釋放，這部分能量稱為相變潛熱。相變潛熱的大小取決于材料的種類及其相變的狀態(tài)。2潛熱儲(chǔ)能潛熱儲(chǔ)能的優(yōu)點(diǎn)：儲(chǔ)能密度極高；所用裝置簡單、體積小、設(shè)計(jì)靈活、使用方便且易于管理；在相變儲(chǔ)能過程中，材料近似恒溫，便于控制體系的溫度。潛熱儲(chǔ)能的應(yīng)用：熱機(jī)、廢熱回收、太陽能儲(chǔ)存以及供暖和空調(diào)系統(tǒng)等。2熱量儲(chǔ)存的方式對(duì)比儲(chǔ)能密度方面：潛熱儲(chǔ)能>顯熱儲(chǔ)能標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下，水的液化潛熱為355kJ/kg；而比熱為4.2kJ/(kg℃)，若將水從25℃加熱至50℃，其顯熱為105kJ/kg.使用便利度方面：潛熱儲(chǔ)能>顯熱儲(chǔ)能相變過程溫度不變，顯熱過程溫度不斷變化。相較于顯熱儲(chǔ)能，相變儲(chǔ)能優(yōu)勢明顯，是更好的熱量儲(chǔ)存方式。溫度時(shí)間2相變的形式(1)固氣升華凝華(2)液氣汽化液化(3)固液熔化固化(4)固固再結(jié)晶相變過程體積變化太大，很少實(shí)際利用相變過程體積變化小，可用于實(shí)際應(yīng)用相變潛熱太小，應(yīng)用不廣泛相變潛熱較大，最具實(shí)用價(jià)值SolidLiquidGas2相變儲(chǔ)能材料相變儲(chǔ)能材料，簡稱相變材料（phasechangematerial,PCM）：廣義上，指能被利用其在物態(tài)變化時(shí)所吸收或釋放的大量熱能用于能量儲(chǔ)存的材料。狹義上，指在固—液相變時(shí)，儲(chǔ)能密度高、性能穩(wěn)定、相變溫度合適，能夠應(yīng)用于相變儲(chǔ)能技術(shù)的材料。

只有能夠經(jīng)受足夠長次數(shù)的熔化-凝固循環(huán)，而保持其物理化學(xué)性質(zhì)不變的材料，才能成為相變材料。儲(chǔ)能密度高儲(chǔ)放能恒溫可循環(huán)使用2相變材料的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)1.熱力學(xué)標(biāo)準(zhǔn)：

相變點(diǎn)：在需要的溫度范圍內(nèi)。

相變焓：相變焓大，同樣質(zhì)量的相變材料所儲(chǔ)存的能量更多。

密度：密度大，所需體積小。

比熱容：比熱大，可以提供額外的顯熱效果。

熱導(dǎo)率：熱導(dǎo)率大，有利于快速儲(chǔ)熱及提熱。

體積變化：相變體積變化小，有利于存放。2相變材料的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)2.動(dòng)力學(xué)標(biāo)準(zhǔn)：

過冷度：小過冷度或無過冷度，有利于儲(chǔ)能過程的順利進(jìn)行。過冷現(xiàn)象是指，在一定壓力下，當(dāng)液體的溫度已低于該壓力下液體的凝固點(diǎn)，但液體仍不凝固的現(xiàn)象。過冷現(xiàn)象阻礙了相變的發(fā)生，不利于儲(chǔ)能。通常會(huì)在相變材料中加入成核劑來抑制過冷現(xiàn)象。水的過冷現(xiàn)象2相變材料的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)3.化學(xué)標(biāo)準(zhǔn)：

穩(wěn)定性：化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定利于長期使用。

腐蝕性：應(yīng)該對(duì)容器無腐蝕性。

無毒性、無爆炸性、不可燃。

廉價(jià)、可大量獲得。4.經(jīng)濟(jì)標(biāo)準(zhǔn)：優(yōu)先考慮合適的相變溫度和較大的相變潛熱，而后再考慮其它因素。2相變材料的分類按照相變溫度的范圍來分類：

高溫相變材料（250℃以上）

中溫相變材料（100~250℃）

低溫相變材料（100℃以下）2相變材料的分類按照材料的組成成分來分類：2相變材料的分類有機(jī)、無機(jī)相變材料對(duì)比：有機(jī)相變材料無機(jī)相變材料優(yōu)點(diǎn)相變溫度分布范圍廣，選擇面廣無過冷和相分離現(xiàn)象化學(xué)性能、熱性能穩(wěn)定與傳統(tǒng)材料兼容性好單位體積的相變潛熱高熱傳導(dǎo)性好相變時(shí)體積變化小不易燃燒缺點(diǎn)單位體積的相變潛熱低固態(tài)時(shí)的熱傳導(dǎo)性差密度小、易燃燒過冷、相分離問題嚴(yán)重?zé)嵝阅懿环€(wěn)定，具有一定的腐蝕性2無機(jī)相變材料1.結(jié)晶水合鹽中低溫相變材料，溫度為幾到一百多攝氏度。結(jié)晶水合鹽通式：

相變機(jī)理：超過熔點(diǎn)后，水合鹽失去結(jié)晶水，這部分結(jié)晶水將水合鹽溶解。

加熱（T>Tm）冷卻（T<Tm）

加熱（T>Tm）冷卻（T<Tm）

2無機(jī)相變材料1.結(jié)晶水合鹽常用的結(jié)晶水合鹽：Na2SO4·10H2O,MgCl2·6H2O,CaCl2·6H2O結(jié)晶水合鹽的特點(diǎn)：使用范圍廣、價(jià)格低廉、導(dǎo)熱系數(shù)大、熔解熱大、密度較大、單位體積儲(chǔ)熱密度大、一般呈中性。存在過冷現(xiàn)象及相分離現(xiàn)象。2無機(jī)相變材料過冷問題：物質(zhì)冷卻到冷凝點(diǎn)時(shí)并不結(jié)晶，而需要到冷凝點(diǎn)以下一定溫度才開始結(jié)晶。導(dǎo)致物質(zhì)不能及時(shí)發(fā)生相變，從而影響熱量的及時(shí)利用。產(chǎn)生原因：水合鹽結(jié)晶時(shí)的成核性能差。解決辦法：提高成核性。(1)加成核劑。如在芒硝中加入硼砂作為成核劑。(2)冷指法：保留一部分冷區(qū)，使為融化的晶體作為成核劑。2無機(jī)相變材料相分離問題：溫度上升時(shí)，釋放出的結(jié)晶水?dāng)?shù)量不足以溶解所有非晶態(tài)脫水鹽，由于密度差異，這些未溶脫水鹽沉降到容器底部。當(dāng)溫度下降時(shí)，沉底的脫水鹽無法與結(jié)晶水結(jié)合，使得相變無法繼續(xù)，形成相分層，造成儲(chǔ)能能力逐漸下降。解決辦法：(1)加增稠劑(3)搖晃或攪動(dòng)(2)加晶體結(jié)構(gòu)改變劑(4)采用薄層結(jié)構(gòu)的容器2無機(jī)相變材料2.熔融鹽中高溫相變材料，溫度為幾百至上千攝氏度。常用熔鹽：堿金屬及堿土金屬的鹵化鹽、硫酸鹽、碳酸鹽、磷酸鹽、硅酸鹽等。儲(chǔ)能機(jī)理：固液相變的潛熱。熔鹽相變材料的普遍特點(diǎn)：溫度范圍廣、價(jià)格低廉、單位體積儲(chǔ)熱密度大、熱穩(wěn)定性強(qiáng)、蒸汽壓低、安全性好。2無機(jī)相變材料2.熔融鹽鹵化鹽：熱導(dǎo)率高、比熱容大；腐蝕性較強(qiáng)。碳酸鹽：密度大；穩(wěn)定性稍弱。硝酸鹽：價(jià)格低；熱導(dǎo)率較低、安全性不高。實(shí)際應(yīng)用：單一組分的熔鹽劣勢明顯，實(shí)際應(yīng)用中通常將不同種類的熔鹽混合形成多元混合熔鹽，以提高優(yōu)勢、彌補(bǔ)劣勢。2無機(jī)相變材料3.金屬相變材料高溫相變材料，固-固相變材料。常用材料：共晶合金。儲(chǔ)能機(jī)理：晶型變化時(shí)的潛熱。金屬相變材料的普遍特點(diǎn)：無需容器、無毒、無污染、性能穩(wěn)定、使用壽命長、熱導(dǎo)率極高、相變過程體積變化小。潛熱較少。是未來相變材料研究的熱點(diǎn)。2有機(jī)相變材料1.石蠟類：高級(jí)脂肪烴中低溫相變材料，溫度多在100攝氏度以下。儲(chǔ)能機(jī)理：固液相變的潛熱。相變溫度和相變潛熱隨著碳鏈的增長而增大。但是隨著碳鏈的增長，相變溫度的增值會(huì)逐漸減小，最終趨于一定值。石蠟類材料的相變溫度往往不是一個(gè)固定值，而是存在一個(gè)熔融溫度區(qū)間。2有機(jī)相變材料2.脂肪酸、脂肪醇類中低溫相變材料，溫度多在200攝氏度以下。儲(chǔ)能機(jī)理：固液相變的潛熱。有機(jī)類固-液相變材料的特點(diǎn)：固體成型性好、不容易出現(xiàn)過冷及相分離、腐蝕性小、性質(zhì)穩(wěn)定、無毒性、成本低。熱導(dǎo)率低、密度小、單位體積儲(chǔ)能力低、易燃、容易因氧化而老化。2有機(jī)相變材料3.多元醇、聚合物：中高溫相變材料，固-固相變材料。儲(chǔ)能機(jī)理：晶型變化過程的潛熱。固-固相變材料潛熱較少，目前并未大量應(yīng)用，尚待進(jìn)一步的研究。常見材料：季戊四醇、三羥基甲基乙烷、三羥甲基氨基甲烷、高分子交聯(lián)樹脂等。2復(fù)合相變材料1.膠囊包覆將相變材料(芯材)封閉在聚合物或無機(jī)材料(壁材)的膠囊中，制成膠囊型復(fù)合相變材料。優(yōu)點(diǎn)：能有效解決相變材料的泄漏、相分離及腐蝕性等問題，便于儲(chǔ)存和使用。常見的膠囊結(jié)構(gòu)示意圖2復(fù)合相變材料1.膠囊包覆納膠囊：粒徑小于1μm微膠囊：粒徑1μm~1mm大膠囊：粒徑大于1mm常見制備方法：2復(fù)合相變材料2.與多孔基質(zhì)復(fù)合利用具有大比表面積微孔結(jié)構(gòu)的無機(jī)物作為支撐材料，通過微孔的毛細(xì)作用將液態(tài)的相變材料（高于相變溫度條件下）吸入到微孔內(nèi)。泡沫鎳石蠟/泡沫鎳復(fù)合石蠟/泡沫鎳復(fù)合泡沫銅優(yōu)點(diǎn)：除了解決相變材料的泄漏問題，還可以極大提高整體導(dǎo)熱性。2復(fù)合相變材料3.與納米材料復(fù)合將金屬納米粒子、膨脹石墨、氧化鋁納米粒子等納米材料均勻分散到相變材料中，形成復(fù)合相變材料。優(yōu)點(diǎn)：極大提高了材料的整體導(dǎo)熱性缺點(diǎn)：納米材料易沉降，降低了整體效能鋁納米粒子膨脹石墨2相變儲(chǔ)能技術(shù)的應(yīng)用建筑領(lǐng)域

利用相變材料可以有效地推遲溫度波動(dòng)通過建筑物的傳播，提高建筑物的熱慣性；溫度調(diào)節(jié)領(lǐng)域

將相變材料儲(chǔ)熱、蓄冷的能力應(yīng)用于空調(diào)領(lǐng)域，對(duì)于工業(yè)余熱回收、降低冷暖系統(tǒng)總能耗以及電力移峰填谷起到了有效作用；紡織行業(yè)

在紡織纖維中添加微膠囊相變材料可以提高服裝的保溫性能，用于維持服裝內(nèi)溫度的穩(wěn)定；其它領(lǐng)域

包括航空航天、軍事、太陽能、運(yùn)輸業(yè)等。2建筑領(lǐng)域﹡相變墻體﹡相變地板﹡相變材料在混凝土中的應(yīng)用相變儲(chǔ)能技術(shù)在建筑節(jié)能領(lǐng)域的應(yīng)用2相變墻體MengZhang，MarioA.Medina等同時(shí)建造了2間模擬能耗房間（1.83m×1.83m×1.22m），一間使用常規(guī)墻體，一間使用添加了相變材料的墻體.通過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)使用相變材料墻體的房間，無論是室內(nèi)溫度的穩(wěn)定性、還是舒適度，都優(yōu)于使用常規(guī)墻體材料的房間。P.Schossig，H.-M.Henning建造了常規(guī)尺寸的模擬研究房屋，房屋的內(nèi)墻采用不同的墻體材料，左邊的房間采用相變材料，平行的房間采用常規(guī)墻體材料。經(jīng)過對(duì)室內(nèi)溫度的檢測，發(fā)現(xiàn)使用相變材料的房間，室內(nèi)溫度波動(dòng)大大小于常規(guī)材料的房間。2相變墻體膠合板石膏板玻璃纖維墻壁剖立面安裝浸漬相變材料的石膏板，相變材料是50%硬脂酸丁酯和48%軟質(zhì)酸丁酯的混合物，其相變點(diǎn)是21℃。2相變墻體由德國BASF公司開發(fā)出的一種含微膠囊石蠟的石膏墻板，并且將它與輕質(zhì)墻體結(jié)合在一起。微膠囊石蠟的含量占石膏墻板的1/3，蓄熱能力相當(dāng)于20CM厚的磚木結(jié)構(gòu)，可以使室內(nèi)溫度大部分時(shí)間維持在22～26℃。2相變地板2相變材料在混凝土中的應(yīng)用2相變涂料用含相變材料的微膠囊制備涂料，或用多孔超細(xì)材料復(fù)合作為涂料的主要填充介質(zhì)制備涂料。這種涂料可以用在新建建筑中，也可以用來提升老房屋的儲(chǔ)熱能力，有利于相變儲(chǔ)能建筑材料的推廣使用。FTC相變保溫砂漿具有高蓄熱功能，在25-50℃之間發(fā)生相態(tài)變化時(shí)吸熱和放熱的特點(diǎn)，具有優(yōu)良的蓄熱機(jī)能。2溫度調(diào)節(jié)領(lǐng)域谷電利用峰電:8:00到22:00谷電:22:00到8:00如果能把波峰電負(fù)荷轉(zhuǎn)移到用電波谷處，則會(huì)產(chǎn)生更好的經(jīng)濟(jì)效益。可用儲(chǔ)熱或蓄冷的方式達(dá)到這一目的。在用電低谷階段，用電將相變儲(chǔ)能系統(tǒng)加熱或冷卻，以儲(chǔ)熱或蓄冷，在峰電階段輔助制熱或制冷。22溫度調(diào)節(jié)領(lǐng)域工業(yè)余熱回收工業(yè)余熱：工業(yè)生產(chǎn)中的熱效率低，40-60%的熱量通過熱氣、熱水消散到環(huán)境中。利用相變儲(chǔ)能系統(tǒng)可吸收工業(yè)余熱，再在合適的時(shí)間、地點(diǎn)進(jìn)行使用。2太陽能-相變蓄熱供暖溫度調(diào)節(jié)領(lǐng)域2紡織行業(yè)相變紡織材料相變纖維：含有相變材料微膠囊的纖維。利用相變纖維織成布料，再制作衣物。2紡織行業(yè)相變纖維衣物相變纖維衣物普通衣物相變纖維衣物在一定的溫度范圍內(nèi)自由調(diào)節(jié)紡織品內(nèi)部溫度，使其維持在舒適溫度區(qū)，并且使溫度波動(dòng)相對(duì)較少，人穿著、使用時(shí)會(huì)感覺更加舒適。2其它領(lǐng)域太陽能熱發(fā)電2將相變材料微膠囊分散在基質(zhì)中以涂料或遮障的形式覆于軍事目標(biāo),令其盡可能地吸收目標(biāo)放出的熱量,使得軍事目標(biāo)的溫度與環(huán)境溫度保持相近,從而達(dá)到紅外偽裝效果。其它領(lǐng)域軍事作用2其它領(lǐng)域電子器件散熱相變散熱材料2其它領(lǐng)域保溫丙烯酸多元醇聚合物2熱化學(xué)儲(chǔ)能熱化學(xué)儲(chǔ)能，又稱化學(xué)儲(chǔ)熱，利用儲(chǔ)能材料相接觸時(shí)發(fā)生可逆的化學(xué)反應(yīng)來儲(chǔ)存、釋放熱能。

吸熱放熱

吸熱反應(yīng)（ΔH>0）→熱能儲(chǔ)存放熱反應(yīng)（ΔH<0）→熱能釋放ΔH=生成物熱焓量之和－反應(yīng)物熱焓量之和2熱化學(xué)儲(chǔ)能熱化學(xué)吸附儲(chǔ)能：化學(xué)反應(yīng)過程中破壞的是分子間作用力（氫鍵、范德華力、靜電力）。MgSO4·7H2OMgSO4+7H2O熱化學(xué)反應(yīng)儲(chǔ)能：化學(xué)反應(yīng)過程中破壞的是化學(xué)鍵（離子鍵、共價(jià)鍵）。Mg(OH)2MgO+H2O2熱化學(xué)儲(chǔ)能熱化學(xué)儲(chǔ)能的三個(gè)過程：1.儲(chǔ)熱：C吸收熱量分解為A和B。

2.存放：單獨(dú)儲(chǔ)存A和B。3.放熱：A和B結(jié)合生成C，并放出熱量。

2熱化學(xué)儲(chǔ)能優(yōu)點(diǎn)：儲(chǔ)能密度大、輸出的熱能品味高、可長時(shí)間儲(chǔ)存而無熱損失、運(yùn)輸方便；缺點(diǎn)：熱化學(xué)反應(yīng)過程復(fù)雜、所用材料價(jià)格高、具有一定的危險(xiǎn)性。化學(xué)儲(chǔ)熱由于系統(tǒng)復(fù)雜、技術(shù)難度大，可操作性不強(qiáng)，目前仍處于實(shí)驗(yàn)研究階段，距離大規(guī)模應(yīng)用尚遠(yuǎn)。2熱能儲(chǔ)存技術(shù)特性顯熱儲(chǔ)能相變儲(chǔ)能熱化學(xué)儲(chǔ)能能量密度低0.2GJ/m3中等0.3-0.5GJ/m3高0.5-3GJ/m3熱損失較大較大低運(yùn)輸短距離短距離無限制主要優(yōu)勢成本低、技術(shù)成熟儲(chǔ)能密度中等、系統(tǒng)體積小儲(chǔ)能密度高、熱損失小、運(yùn)輸方便主要劣勢熱損失大、儲(chǔ)能系統(tǒng)體積大導(dǎo)熱性差、熱損失大、腐蝕性較強(qiáng)技術(shù)復(fù)雜、成本高、整體效率低2熱化學(xué)儲(chǔ)能材料的選取標(biāo)準(zhǔn)

能量密度：能量密度高，同質(zhì)量的材料所儲(chǔ)存的能量就更多。

導(dǎo)熱性：熱導(dǎo)率大，有利于快速儲(chǔ)熱及提熱。

反應(yīng)速率：反應(yīng)速率合適，有利于儲(chǔ)放熱。

反應(yīng)過程：轉(zhuǎn)化率高、無副反應(yīng)、循環(huán)穩(wěn)定性好、反應(yīng)物和生成物易分離及儲(chǔ)存。

安全性：環(huán)境友好、工作壓力低、無腐蝕性。

經(jīng)濟(jì)性：容易獲取、成本低廉。2熱化學(xué)儲(chǔ)能材料常見的熱化學(xué)儲(chǔ)能材料：熱化學(xué)反應(yīng)儲(chǔ)能體系反應(yīng)式儲(chǔ)熱密度反應(yīng)溫度/℃氨NH3+△H

D

1/2N2+3/2H267kJ/mol400-500甲烷/水CH4+H2O

D

CO+3H2n.a.500-1000氫氧化物Ca(OH)2

D

CaO+H2O3GJ/m3500甲烷/二氧化碳CH4+CO2

D

2CO+2H2247kJ/mol645碳酸鹽CaCO3

D

CaO+CO2FeCO3

D

FeO+CO24.4GJ/m32.6GJ/m3800-900180金屬氫化物MetalxH2

D

metalyH2+(x-y)H24GJ/m3200-300甲醇CH3OH

D

CO+2H2n.a.200-250氧化物MgO+H2O

D

Mg(OH)23.3GJ/m3250-4002有機(jī)物有機(jī)物的高溫裂解、重整、氣化等過程伴隨有熱量的變化，可用于儲(chǔ)能。如甲烷的重整：CH4+H2O

?

CO+3H2

CH4+CO2

?

2CO+2H2

原料來源廣，并有助于減少溫室氣體排放。

反應(yīng)穩(wěn)定性和反應(yīng)效率取決于催化劑，催化劑較昂貴。反應(yīng)前后都是氣體，難以大規(guī)模應(yīng)用。目前主要在太陽能利用方面進(jìn)行研究。2氨氨基熱化學(xué)儲(chǔ)能反應(yīng)：2NH3

?

N2+3H2

溫度400-700℃，壓力1-3MPa，需要催化劑

原料廉價(jià)，儲(chǔ)能密度高，無副反應(yīng)且反應(yīng)容易控制，儲(chǔ)存與分離簡單。

反應(yīng)的壓力過高、反應(yīng)物和生成物都是氣體。

目前研究主要集中在太陽能熱化學(xué)儲(chǔ)能系統(tǒng)。2金屬氫化物某些金屬或合金可以與氫氣反應(yīng)生成氫化物，并釋放大量熱量。反之，加熱金屬氫化物，會(huì)發(fā)生分解。因此可用于熱量儲(chǔ)存。

儲(chǔ)能密度高，可逆性好，清潔無污染。M：Mg、Ti、鎂(鈉鐵鈷鎳)合金等金屬氫化物導(dǎo)熱性差，反應(yīng)動(dòng)力學(xué)性能差，氫氣儲(chǔ)存困難。2金屬氧化物較活潑金屬與其氧化物之間的相互轉(zhuǎn)化伴隨有熱量的吸收與釋放，也可用于熱量的存儲(chǔ)。

M：Pb、Co、Mn、Fe、V、Cu等

儲(chǔ)能密度極高，可逆性好，易操作。

反應(yīng)溫度高，并且氧化反應(yīng)開始溫度低于還原反應(yīng)溫度，不利于反應(yīng)器的穩(wěn)定運(yùn)行。2無機(jī)氫氧化物無機(jī)氫氧化物的脫水反應(yīng)也可用來儲(chǔ)存熱量。

如：

Mg(OH)2+熱?

MgO+H2O

脫水溫度范圍為200℃左右。

又如：

Ca(OH)2+熱?

CaO+H2O

脫水溫度范圍為580℃左右。放熱：只需加水就可取出儲(chǔ)存的能量。但存在腐蝕現(xiàn)象及燒結(jié)現(xiàn)象，并且容易和空氣中所含的CO2相互作用，穩(wěn)定性很差，故目前在儲(chǔ)熱中應(yīng)用較少，有待進(jìn)一步研究。2碳酸鹽碳酸鹽分解吸熱，氧化物與CO2結(jié)合放熱，可用于熱量的儲(chǔ)存。MCO3

?

MO+CO2

M：Mg、Ca、Sr、Li、Na、K等

儲(chǔ)能密度高，可逆性好，安全性高。

反應(yīng)溫度高，金屬氧化物易吸濕，存在燒結(jié)現(xiàn)象。2結(jié)晶水合鹽在低于其熔點(diǎn)的溫度下，使水合鹽脫去其結(jié)晶水，利用在脫水過程中吸收的水合熱來實(shí)現(xiàn)熱量的儲(chǔ)存。當(dāng)需要回收熱量時(shí)，把脫去的水與脫水鹽接觸即可實(shí)現(xiàn)。AB·nH2O?

AB+nH2O結(jié)晶水合鹽進(jìn)行熱化學(xué)儲(chǔ)能的關(guān)鍵：脫水。加入有機(jī)溶劑（如乙醇）或吸濕劑（富含微孔的材料）進(jìn)行脫水。2結(jié)晶水合鹽優(yōu)點(diǎn)：反應(yīng)條件及過程溫和、安全性高，環(huán)境友好，反應(yīng)溫度低、拓寬了熱化學(xué)儲(chǔ)能技術(shù)的應(yīng)用范圍。缺點(diǎn)：需要配合脫水劑使用，水合反應(yīng)速率低、放熱效率低。2氨絡(luò)合物某些無機(jī)鹽與氨的絡(luò)合物也可用于熱化學(xué)吸附儲(chǔ)能。如：Co(NH3)6Cl2

。M(NH3)nXm

?

MXm+nNH3

M：活潑金屬；X：Cl、NO3等

儲(chǔ)能密度高，反應(yīng)條件溫和。

存在安全性問題，成熟度較低。2熱化學(xué)儲(chǔ)能的應(yīng)用主要應(yīng)用：儲(chǔ)存太陽能太陽能→熱能→化學(xué)能→其它能量2熱化學(xué)儲(chǔ)能的應(yīng)用可實(shí)現(xiàn)季節(jié)性儲(chǔ)能。2機(jī)械儲(chǔ)能Part.03抽水蓄能的發(fā)展概況1909年，瑞士建成世界第一座抽水蓄能電站Schaffhausen電站。當(dāng)時(shí)，抽水蓄能電站的主要目的為蓄水，用以調(diào)節(jié)電站水量的季節(jié)性不均勻。上世紀(jì)60年代后，抽水蓄能電站開始迅速發(fā)展。抽水蓄能電站的主要功能變?yōu)殡娏ο到y(tǒng)的調(diào)峰、調(diào)頻。3抽水蓄能的發(fā)展概況1960年至2000年，全世界抽水蓄能電站總裝機(jī)容量從350萬千瓦增至11328萬千瓦，增加了32倍。世界上抽水蓄能電站發(fā)展最快、裝機(jī)容量最大的是日本，其次是美國、意大利、德國、法國、西班牙等。33抽水蓄能的發(fā)展概況我國六十年代后期才開始研究抽水蓄能電站的開發(fā)，1968年和1973年先后在華北地區(qū)建成崗南和密云兩座小型混合式抽水蓄能電站。我國抽水蓄能電站建設(shè)雖然起步比較晚，但由于后發(fā)效應(yīng)，起點(diǎn)卻較高，已經(jīng)建設(shè)的大型抽水蓄能電站技術(shù)已處于世界先進(jìn)水平。3抽水蓄能電站世界第二大抽水蓄能水電站——天荒坪電站天荒坪抽水蓄能電站位于浙江省安吉縣境內(nèi)。電站裝機(jī)容量180萬kW，上水庫蓄能能力1046萬kW·h，其中日循環(huán)蓄能量866萬kW·h，年發(fā)電量31.6億kW·h，年抽水用電量42.86億kW·h，承擔(dān)系統(tǒng)峰谷差360萬kW任務(wù)。3抽水蓄能電站廣州抽水蓄能電站

廣州抽水蓄能電站位于廣州市從化區(qū)呂田鎮(zhèn)深山大谷中?？傃b機(jī)容量240萬千瓦，裝備8臺(tái)30萬千瓦具有水泵和發(fā)電雙向調(diào)節(jié)能力的機(jī)組。3抽水蓄能電站北京十三陵抽水蓄能電站

十三陵抽水蓄能電站位于北京十三陵風(fēng)景區(qū)，電站裝機(jī)發(fā)電容量800MW，年發(fā)電量12億kW·h；抽水容量816MW，年抽水用電量16.5億kW·h。為京津唐地區(qū)提供可靠的調(diào)峰、調(diào)頻填谷和緊急事故備用電源。3抽水蓄能電站泰山抽水蓄能電站泰山抽水蓄能電站隸屬國網(wǎng)新源控股有限公司,是全國第四座大型抽水蓄能電站，山東省第一座大型水電站，裝機(jī)總?cè)萘繛?00萬千瓦，總投資43.26億元。3抽水蓄能的工作原理蓄能：在電力負(fù)荷低谷期，利用電站提供的剩余電量驅(qū)動(dòng)水泵，將低水位庫中的水抽至高水位庫，電能轉(zhuǎn)為水的重力勢能。3抽水蓄能的工作原理釋能：在電力負(fù)荷高峰期，釋放高位水庫的水，驅(qū)動(dòng)水輪機(jī)發(fā)電機(jī)組發(fā)電，將水的重力勢能轉(zhuǎn)換為電能。3抽水蓄能電站的構(gòu)造3抽水蓄能電站的構(gòu)造3抽水蓄能電站的構(gòu)造1.上水庫：抽水蓄能電站的上水庫是蓄存水量的工程設(shè)施，電網(wǎng)負(fù)荷低谷時(shí)段可將抽上來的水儲(chǔ)存在庫內(nèi)，負(fù)荷高峰時(shí)段由水庫放下來發(fā)電。3抽水蓄能電站的構(gòu)造2.輸水系統(tǒng)：輸送水量的工程設(shè)施，在水泵工況(抽水)把下水庫的水量輸送到上水庫，在水輪機(jī)工況(發(fā)電)將上水庫放出的水量通過廠房輸送到下水庫。3抽水蓄能電站的構(gòu)造3.地下廠房：地下廠房包括主、副廠房、主變洞、母線洞等洞室。廠房是放置蓄能機(jī)組和電氣設(shè)備等重要機(jī)電設(shè)備的場所，也是電廠生產(chǎn)的中心。3抽水蓄能電站的構(gòu)造4.開關(guān)站及出線場3抽水蓄能電站的構(gòu)造5.下水庫：負(fù)荷低谷時(shí)段可滿足抽水水源的需要，負(fù)荷高峰時(shí)段可蓄存發(fā)電放水的水量。3抽水蓄能電站的構(gòu)造浙江天荒坪抽水蓄能電站工程示意圖3抽水蓄能電站的特點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：抽水蓄能技術(shù)是目前最成熟、應(yīng)用最廣泛的大規(guī)模儲(chǔ)能技術(shù)，具有容量大，壽命長（經(jīng)濟(jì)壽命80年以上）、效率高（65%-80%）、運(yùn)行費(fèi)用低的特點(diǎn)?？蔀殡娋W(wǎng)提供調(diào)峰、填谷、調(diào)頻、事故備用等服務(wù)，其良好的調(diào)節(jié)性能和快速負(fù)荷變化響應(yīng)能力，對(duì)于有效減少新能源發(fā)電輸入電網(wǎng)時(shí)引起的不穩(wěn)定性具有重要意義。缺點(diǎn)：電站選擇上需要有水平間距小，上下水庫高度差大的地形條件，巖石強(qiáng)度高、防滲水性能好的地質(zhì)條件，以及充足的水源保證發(fā)電用水的需求。另外還需要考慮上下水庫的庫區(qū)淹沒問題，水質(zhì)的變化以及庫區(qū)土壤堿化等一系列環(huán)保問題。3抽水蓄能電站的類型按調(diào)節(jié)性能分：日調(diào)節(jié)、周調(diào)節(jié)、季調(diào)節(jié)按水頭高低分：100m以下的低水頭、100-700m的中水頭、700m以上的高水頭按布置特點(diǎn)分：地面式、地下式按機(jī)組類型分：四機(jī)式、三機(jī)式、兩機(jī)式按天然徑流條件分：純抽水蓄能、混合式抽水蓄能、調(diào)水式抽水蓄能3抽水蓄能電站的類型純抽水蓄能電站

上水庫無水源或水源很小，上下庫庫容相當(dāng)，同體積的水體在上下庫中循環(huán)使用，靠下庫入流來補(bǔ)充蒸發(fā)和滲漏損失。廠房內(nèi)機(jī)組全部是可逆式的抽水蓄能機(jī)組。

主要功能是調(diào)峰填谷、系統(tǒng)事故備用等任務(wù)，而不承擔(dān)常規(guī)發(fā)電任務(wù)。3抽水蓄能電站的類型混合式抽水蓄能電站

上水庫有水源，一般建在河川上，或利用天然湖泊。廠房內(nèi)裝有水輪機(jī)常規(guī)機(jī)組和可逆式蓄能機(jī)組，前者利用天然徑流發(fā)電，后者則按需使用。

既用于調(diào)峰填谷、系統(tǒng)事故備用等任務(wù)，又承擔(dān)常規(guī)發(fā)電任務(wù)。3抽水蓄能電站的類型調(diào)水式抽水蓄能電站

跨河流，工作時(shí)，從位于一條河下游的水庫抽水至上游水庫，再從該上游水庫向另一條河放水發(fā)電。常規(guī)水輪機(jī)組和可逆式蓄能機(jī)組分別布置在兩條河流處。3抽水蓄能電站的選址地理位置地理位置盡量接近負(fù)荷中心，以減少輸電線路的電能損失。如：北京、上海、廣州、深圳、南京、杭州等大城市附近。上下水庫應(yīng)接近天然水域，至少要保證初期蓄水和運(yùn)行中的補(bǔ)水水源。下庫應(yīng)盡可能利用已建成的水庫或湖泊3抽水蓄能電站的選址地質(zhì)條件

較大地形差、不需在上水庫建高壩。所在位置能滿足，水頭盡可能高(H)，水道盡可能短(L)。一般，高水頭電站L/H:10~12；中水頭電站L/H:4~5。

地質(zhì)條件良好且穩(wěn)定。減少電站的建設(shè)工程量，保證電站建成后穩(wěn)定運(yùn)行。3壓縮空氣儲(chǔ)能壓縮空氣儲(chǔ)能（CAES,CompressedAirEnergyStorage）利用多余的電能驅(qū)動(dòng)空壓機(jī)壓縮空氣，將電能轉(zhuǎn)化為空氣的勢能與內(nèi)能儲(chǔ)存起來。在需要時(shí)，釋放空氣的勢能與內(nèi)能，轉(zhuǎn)化為電能。3壓縮空氣儲(chǔ)能一套完整的壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)由以下部件組成：壓縮機(jī)、冷卻器、壓力容器、回?zé)崞?、渦輪機(jī)以及發(fā)電機(jī)。3壓縮空氣儲(chǔ)能壓縮機(jī)：將空氣壓縮，將電能轉(zhuǎn)化為空氣的勢能及內(nèi)能。壓縮后，空氣壓力可達(dá)7-10MPa，溫度可達(dá)1000°C。冷卻器：熱交換設(shè)備，用于存入壓力容器前的冷卻，防止空氣在壓力容器或洞穴中壓力減少。壓力容器：存儲(chǔ)冷卻后的空氣，若采用洞穴存儲(chǔ)，則需要滿足耐壓程度較高、密封性較好的地質(zhì)條件。33壓縮空氣儲(chǔ)能回?zé)崞鳎簾峤粨Q設(shè)備或燃燒室，將空氣溫度提高至1000℃左右，使渦輪機(jī)持續(xù)長時(shí)間穩(wěn)定運(yùn)行，以便于提高渦輪機(jī)效率。渦輪機(jī)：空氣通過渦輪機(jī)降壓，內(nèi)能及勢能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能。發(fā)電機(jī)：在渦輪機(jī)帶動(dòng)下，將動(dòng)能轉(zhuǎn)化為電能。3壓縮空氣儲(chǔ)能的類型氣體壓縮時(shí)產(chǎn)生熱量，因此壓縮后的空氣溫度較高。相反地，氣體膨脹會(huì)吸收熱。根據(jù)儲(chǔ)能過程中控制熱量的方式不同，壓縮空氣儲(chǔ)能可分為非絕熱式、絕熱式兩種。非絕熱式：不干預(yù)空氣壓縮過程的產(chǎn)熱及膨脹過程的吸熱。絕熱式：調(diào)控空氣壓縮過程的產(chǎn)熱及膨脹過程的吸熱。3壓縮空氣儲(chǔ)能的類型非絕熱式壓縮空氣儲(chǔ)能：無熱源型：無任何控制。燃料燃燒式：儲(chǔ)氣過程無控制，但利用過程中，額外加入燃料作為熱源，輔助動(dòng)能的轉(zhuǎn)化。壓縮機(jī)→儲(chǔ)氣裝置→渦輪機(jī)壓縮機(jī)→儲(chǔ)氣裝置→渦輪機(jī)燃料→3壓縮空氣儲(chǔ)能的類型非絕熱式壓縮空氣儲(chǔ)能：壓縮空氣時(shí)很大一部分能量，在壓縮空氣過程中轉(zhuǎn)化為熱能，非絕熱式壓縮空氣儲(chǔ)能對(duì)這部分熱能沒能有效利用，導(dǎo)致這種方式儲(chǔ)能效率低下。要想提高壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)的效率，可以將壓縮過程中產(chǎn)生的熱量通過儲(chǔ)熱器存儲(chǔ)起來，待發(fā)電過程中用這部分熱量預(yù)熱壓縮空氣，達(dá)到回收熱量的目的。即絕熱式壓縮空氣儲(chǔ)能。3壓縮空氣儲(chǔ)能的類型絕熱式壓縮空氣儲(chǔ)能：儲(chǔ)熱裝置絕熱式儲(chǔ)能雖然效率高，但是制造難度過高。3壓縮空氣儲(chǔ)能的參數(shù)3壓縮空氣儲(chǔ)能的特點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)啟動(dòng)快能量密度和功率密度較高運(yùn)營成本低自放電率低設(shè)備的使用壽命長，損耗低絕熱式效率較高，且不需要借助傳統(tǒng)化石能源加熱壓縮空氣，能夠真正做到碳中和3壓縮空氣儲(chǔ)能的特點(diǎn)缺點(diǎn)建設(shè)周期長，初次投資大需要大的巖洞以存儲(chǔ)壓縮空氣，對(duì)于絕熱系統(tǒng)，蓄熱器自放電率高對(duì)于非絕熱系統(tǒng)效率又比較低受地理?xiàng)l件限制，適合地點(diǎn)非常有限3壓縮空氣儲(chǔ)能的發(fā)展現(xiàn)狀國外投運(yùn)或在建的壓縮空氣儲(chǔ)能電站共10處（投運(yùn)5處，在建5處）。3壓縮空氣儲(chǔ)能的發(fā)展現(xiàn)狀中國科學(xué)院工程熱物理所從2005年開始基礎(chǔ)研究，到2009年關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)，到2016年10MW技術(shù)工程示范，用了約10年時(shí)間，我國的新型壓縮空氣儲(chǔ)能技術(shù)完成了從追趕到領(lǐng)先的跨越。2020年9月開工建設(shè)的江蘇常州金壇直溪鹽穴空氣儲(chǔ)能項(xiàng)目3青海格爾木50MW壓縮空氣儲(chǔ)能（管線鋼管儲(chǔ)氣）利用青海豐富的風(fēng)電、光電，轉(zhuǎn)化成壓縮空氣，改善其波動(dòng)大的缺點(diǎn)。壓縮空氣儲(chǔ)能的發(fā)展現(xiàn)狀3液化空氣儲(chǔ)能液化空氣儲(chǔ)能（LAES）：利用多余的電能將空氣壓縮、液化，將電能轉(zhuǎn)化為空氣的勢能與內(nèi)能儲(chǔ)存起來。在需要時(shí)，釋放液化空氣的勢能與內(nèi)能，轉(zhuǎn)化為電能。3飛輪儲(chǔ)能的產(chǎn)生背景高速運(yùn)行中的地鐵車輛地鐵進(jìn)出站需要制動(dòng)地鐵制動(dòng)會(huì)產(chǎn)生能量的浪費(fèi)可利用飛輪進(jìn)行儲(chǔ)能3飛輪儲(chǔ)能的發(fā)展歷史20世紀(jì)50年代，瑞士蘇黎世Oerlikon公司開發(fā)出飛輪儲(chǔ)能巴士并投入實(shí)際運(yùn)行多年，這種無引線電動(dòng)車載客32人行進(jìn)800m后充電2min，飛輪重1362kg，轉(zhuǎn)速3000r/min，飛輪置于氫氣中。70年代，美國十分重視電動(dòng)汽車的研發(fā)，啟動(dòng)了多個(gè)飛輪儲(chǔ)能電動(dòng)車輛應(yīng)用研發(fā)項(xiàng)目，但80年代紛紛因技術(shù)無法突破而終止。3飛輪儲(chǔ)能的發(fā)展歷史英國石油公司1984研制的400W·h復(fù)合材料飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)，用于車輛剎車動(dòng)能再生，飛輪轉(zhuǎn)速為16000r/min（385m/s）時(shí)，功率可達(dá)到200kW，待機(jī)損耗2kW。持久實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了18000次，1000h。1988年，蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院研制出1套60kV·A/500W·h的飛輪UPS系統(tǒng)，轉(zhuǎn)速為12000～24000r/min，復(fù)合材料飛輪儲(chǔ)能密度為12W·h/kg。3飛輪儲(chǔ)能的發(fā)展歷史經(jīng)過20年的技術(shù)積累，90年代后期，飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)實(shí)用產(chǎn)品逐步成熟，并得到商業(yè)化。1997年，美國BeaconPower推出2kW·h的飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)，飛輪轉(zhuǎn)速30000r/min，采用永磁/電磁混合支承，永磁無刷電機(jī)效率高達(dá)96%。3飛輪儲(chǔ)能的發(fā)展歷史早在上世紀(jì)80年代初期，中國科學(xué)院電工研究所就開始了飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)的探索，但之后國內(nèi)沒有開展實(shí)質(zhì)性的研究工作。直到上世紀(jì)90年代中期，在國外技術(shù)進(jìn)步的影響下，國內(nèi)的飛輪儲(chǔ)能技術(shù)研發(fā)才逐步興起。3飛輪儲(chǔ)能的發(fā)展歷史清華大學(xué)在1997年首次實(shí)現(xiàn)0.3千瓦時(shí)飛輪儲(chǔ)能樣機(jī)的充放電實(shí)驗(yàn)。采用復(fù)合材料的第一代飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)，飛輪重8kg，直徑23cm，成功運(yùn)轉(zhuǎn)到48000rpm，實(shí)現(xiàn)了充放電功能。1999年研制出第二代飛輪，重15kg，直徑30cm，于2001年成功運(yùn)轉(zhuǎn)到70000rpm，儲(chǔ)能500Wh。3飛輪儲(chǔ)能的發(fā)展歷史北京航空航天大學(xué)、中國科學(xué)院長春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所等機(jī)構(gòu)還開展了飛輪儲(chǔ)能電源的航天應(yīng)用研究。其中北航房建成教授帶領(lǐng)的團(tuán)隊(duì)所完成的“衛(wèi)星新型姿控儲(chǔ)能兩用飛輪技術(shù)”項(xiàng)目，獲得了2007年度國家技術(shù)發(fā)明一等獎(jiǎng)。3飛輪儲(chǔ)能飛輪儲(chǔ)能(FlywheelEnergyStorage,

FES)：將能量以動(dòng)能的形式儲(chǔ)存在高速旋轉(zhuǎn)的飛輪中。3儲(chǔ)能時(shí)，電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)飛輪高速旋轉(zhuǎn)，電能轉(zhuǎn)變?yōu)轱w輪的動(dòng)能。E：動(dòng)能，J：轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，ω：角速度飛輪儲(chǔ)能的工作原理

釋能時(shí)，高速旋轉(zhuǎn)的飛輪帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電，動(dòng)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔堋?飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)由轉(zhuǎn)子、高速軸承、雙饋電機(jī)、電力轉(zhuǎn)換器和真空安全罩組成。3飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)子：飛輪系統(tǒng)儲(chǔ)能的量由轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)動(dòng)慣量決定。轉(zhuǎn)速越大，能量越高。

最大轉(zhuǎn)速由飛輪材質(zhì)決定。飛輪需選用低密度、高強(qiáng)度的材料，如：碳纖維、玻璃纖維-環(huán)氧樹脂復(fù)合材料等。3飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)軸承：軸承系統(tǒng)用于克服摩擦阻力，以降低飛輪動(dòng)能的損耗。主要有：機(jī)械軸承、永磁軸承、超導(dǎo)軸承、主動(dòng)磁軸承等種類。3飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)真空安全罩：飛輪轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速非常高（幾萬轉(zhuǎn)每分鐘）。為了減少空氣阻力對(duì)高速旋轉(zhuǎn)飛輪的影響，需要提供一個(gè)真空環(huán)境。封閉的外殼和需要較高的機(jī)械強(qiáng)度以保證安全。3飛輪儲(chǔ)能目前飛輪儲(chǔ)能技術(shù)主要有兩大分支：第一個(gè)分支是以接觸式機(jī)械軸承為代表的大容量飛輪儲(chǔ)能技術(shù)，其主要特點(diǎn)是儲(chǔ)存動(dòng)能、釋放功率大，一般用于短時(shí)大功率放電和電力調(diào)峰場合。第二個(gè)分支是以磁懸浮軸承為代表的中小容量飛輪儲(chǔ)能技術(shù)，其主要特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)緊湊、效率更高，一般用作飛輪電池、不間斷電源等。3飛輪儲(chǔ)能的特點(diǎn)(1)能量密度高：儲(chǔ)能密度可達(dá)100-200wh/kg，功率密度可達(dá)5000-10000w/kg。

(2)能量轉(zhuǎn)換效率高：工作效率高達(dá)百分之90。

(3)體積小、重量輕：飛輪直徑約二十多厘米，總重在十幾千克左右。

(4)工作溫度范圍寬：對(duì)環(huán)境溫度沒有嚴(yán)格要求。

(5)使用壽命長：不受重復(fù)深度放電影響，能夠循環(huán)幾百萬次運(yùn)行，預(yù)期壽命20年以上。

(6)低損耗、低維護(hù)：磁懸浮軸承和真空環(huán)境使機(jī)械損耗可以被忽略，系統(tǒng)維護(hù)周期長。3飛輪儲(chǔ)能的關(guān)鍵技術(shù)為提高飛輪的轉(zhuǎn)速和降低飛輪旋轉(zhuǎn)時(shí)的損耗，飛輪儲(chǔ)能的關(guān)鍵技術(shù)包括高強(qiáng)度復(fù)合材料技術(shù)、高速低損耗軸承技術(shù)、高速高效發(fā)電/電動(dòng)機(jī)技術(shù)、飛輪儲(chǔ)能并網(wǎng)功率調(diào)節(jié)技術(shù)、真空技術(shù)等。3飛輪儲(chǔ)能的應(yīng)用交通運(yùn)輸制動(dòng)時(shí)的能量回收3飛輪儲(chǔ)能的應(yīng)用智能電網(wǎng)電網(wǎng)的快速調(diào)峰調(diào)頻3飛輪儲(chǔ)能的應(yīng)用航空航天航天器的姿態(tài)控制及能量儲(chǔ)存3飛輪儲(chǔ)能的應(yīng)用UPS電源濟(jì)南文化藝術(shù)中心，第十屆中國藝術(shù)節(jié)配備了兩臺(tái)飛輪儲(chǔ)能發(fā)電車，合計(jì)容量達(dá)到了1750千伏安，確保不間斷供電。不間斷電源3飛輪儲(chǔ)能的應(yīng)用軍事航母的電磁彈射、坦克低噪聲電源及新式武器3飛輪儲(chǔ)能的發(fā)展趨勢作為一種新興的儲(chǔ)能方式，飛輪電池所擁有傳統(tǒng)化學(xué)電池?zé)o法比擬的優(yōu)點(diǎn)已被人們廣泛認(rèn)同，它非常符合未來儲(chǔ)能技術(shù)的發(fā)展方向。目前，飛輪電池除了上面介紹的應(yīng)用領(lǐng)域以外，也正在向小型化、低廉化的方向發(fā)展?，F(xiàn)在，最可能出現(xiàn)的是手機(jī)電池。可以預(yù)見，伴隨著技術(shù)和材料學(xué)的進(jìn)步，飛輪電池將在未來的各行各業(yè)中發(fā)揮重要的作用。3電化學(xué)儲(chǔ)能Part.04電化學(xué)儲(chǔ)能概述電化學(xué)儲(chǔ)能是利用介質(zhì)將電能儲(chǔ)存起來并在需要時(shí)釋放的儲(chǔ)能技術(shù)及措施，這個(gè)儲(chǔ)能的介質(zhì)就是電池。電池又可分為一次電池和二次電池。一次電池就是我們?nèi)粘Ｉ钪械母呻姵兀荒軐⒒瘜W(xué)能轉(zhuǎn)變成電能，放電后不能再充電使其復(fù)原，不可重復(fù)使用。二次電池又稱為充電電池或者蓄電池，可以實(shí)現(xiàn)化學(xué)能和電能之間的多次轉(zhuǎn)化，可以重復(fù)使用。用于電化學(xué)儲(chǔ)能的介質(zhì)便是可以重復(fù)使用的二次電池。4電化學(xué)儲(chǔ)能概述電化學(xué)儲(chǔ)能電站主要由電池組、電池管理系統(tǒng)（BatteryManagementSystem，簡稱BMS）、能量管理系統(tǒng)（EnergyManagementSystem，簡稱EMS）、儲(chǔ)能變流器（PowerConversionSystem，簡稱PCS）以及其他電氣設(shè)備構(gòu)成4電化學(xué)儲(chǔ)能概述電化學(xué)儲(chǔ)能電站的電池組一般采用電池艙的方式構(gòu)建，電池艙采用標(biāo)準(zhǔn)集裝箱進(jìn)行安裝，其中包含若干電池簇。電池簇由多個(gè)電池模組組成，電池模組又由若干個(gè)單體電池采用串并聯(lián)的方式組織而成。4電化學(xué)儲(chǔ)能概述依據(jù)所用單體電池的不同，電化學(xué)儲(chǔ)能系統(tǒng)可分為鋰離子電池、鈉離子電池、鉛蓄電池（鉛酸電池及鉛炭電池的總稱）、液流電池、鈉硫電池等。雖然各類二次電池的工作方式不同，但是其儲(chǔ)能原理都類似，都是基于某種可逆的化學(xué)反應(yīng)，在加電時(shí)，通過電壓驅(qū)動(dòng)化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行，實(shí)現(xiàn)電能到化學(xué)能的轉(zhuǎn)換；待到用電時(shí)，逆反應(yīng)的發(fā)生則可驅(qū)動(dòng)電子在外界電路中流動(dòng)，即實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)存的化學(xué)能到電能的轉(zhuǎn)換。4電化學(xué)儲(chǔ)能概述不同的電池類型都有各自的特點(diǎn)，為大規(guī)模儲(chǔ)能應(yīng)用的不同需求提供了多樣化的選擇。其中，鋰離子電池是目前產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用最為廣泛的電化學(xué)儲(chǔ)能技術(shù)路線，其他電池系統(tǒng)也在逐漸發(fā)展成熟。4電化學(xué)基本過程電流金屬e-e-e-e-e-鹽溶液B-B-B-A+A+A+導(dǎo)體4電化學(xué)基本過程電流金屬鹽溶液B-B-e-e-界面B-e-BB-→B+e-

導(dǎo)體4電化學(xué)基本過程電流金屬鹽溶液e-e-A+B-BB-→B+e-

AA++e-→A陽極陰極總反應(yīng)：A+B-→A+B4電化學(xué)基本過程電流金屬鹽溶液e-e-A+B-BB-→B+e-

AA++e-→A電源電解能量4電化學(xué)基本過程電流金屬鹽溶液e-e-A+B-BB-→B+e-

AA++e-→A電器電池能量4電能是一種清潔能源。電能的使用使得人類邁入真正舒適文明社會(huì)。電能的儲(chǔ)存（電池）至關(guān)重要。電池的使用數(shù)量可作為社會(huì)文明發(fā)展的重要參考。第一部分化學(xué)電源基礎(chǔ)化學(xué)電源41799年伏打電池的出現(xiàn)使人們第一次獲得了比較強(qiáng)的穩(wěn)定而持續(xù)的電流，為科學(xué)家們從對(duì)靜電的研究轉(zhuǎn)入對(duì)動(dòng)電的研究創(chuàng)造了物質(zhì)條件，導(dǎo)致了電化學(xué)、電磁聯(lián)系等一系列重大的科學(xué)發(fā)現(xiàn)。由于它的誕生，19世紀(jì)的第一年成了電氣文明時(shí)代生活的開端。第一部分化學(xué)電源基礎(chǔ)化學(xué)電源的發(fā)展41936年在伊拉克首都巴格達(dá)附近考古時(shí)發(fā)掘到一個(gè)大約2000年以前（公元前248年至226年之間）的由Fe和Cu組成的類似電池裝置。所以也有人認(rèn)為這才是化學(xué)電源的最早發(fā)明。巴格達(dá)電池化學(xué)電源的發(fā)展4化學(xué)電源(電池)是將化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生的能量直接轉(zhuǎn)化成電能或?qū)崿F(xiàn)化學(xué)能與電能循環(huán)轉(zhuǎn)化的裝置。1859年普蘭特(Pantle)成功試制了鉛酸電池1868年勒朗謝(Lelanche)研制成功以NH4Cl為電解液的Zn-MnO2

電池1888年加斯納(Gassner)制出了Zn-MnO2

干電池1895年瓊格(Junger)發(fā)明了Cd-Ni電池第一部分化學(xué)電源基礎(chǔ)化學(xué)電源的發(fā)展41900年愛迪生(Edison)研制了Fe-Ni蓄電池1960年代：“雙子星座”和“阿波羅”飛船應(yīng)用了H2-O2

燃料電池1970年代：中東戰(zhàn)爭導(dǎo)致的能源危機(jī)促使燃料電池、鈉硫電池、鋰－硫化鐵電池得到廣泛研究1980年代：氫鎳電池發(fā)展迅速1990年代：嵌入化合物鋰離子電池，成為目前應(yīng)用最廣泛的化學(xué)電源。化學(xué)電源的發(fā)展4電解質(zhì)種類電池所用正負(fù)極材料工作特性和儲(chǔ)存方式電池的分類分類標(biāo)準(zhǔn)：4以電解質(zhì)種類分類：

堿性電池→電解質(zhì)以KOH溶液為主，如堿性鋅錳電池（俗稱堿錳電池或堿性電池）、鎳鎘電池和鎳氫電池

酸性電池→電解質(zhì)以硫酸水溶液為主，如鉛 酸電池

中性電池→電解質(zhì)為鹽溶液，如鋅錳電池

有機(jī)電解質(zhì)電池→電解質(zhì)為有機(jī)溶液，如鋰 電池、鋰離子電池電池的分類4以電池所用正負(fù)極材料分類：

鋅系列電池→鋅錳電池和鋅銀電池等

鎳系列電池→鎳鎘電池和鎳氫電池等

鉛系列電池→鉛酸電池等

鋰系列電池→鋰離子電池和鋰錳電池等

二氧化錳系列電池→鋅錳電池和堿錳電池

空氣（氧氣）系列電池→鋅空氣電池電池的分類4以工作特性分類：

一次電池→又稱原電池，即不能再次充電的電池，如鋅錳電池、銀鋅電池和鋰電池等

二次電池→又稱蓄電池，即可充電電池，如鉛酸電池、鎳鎘電池、鎳氫電池和鋰離子電池等

燃料電池→正、負(fù)極本身不包含活性物質(zhì)，需要連續(xù)不斷從外部加入活性材料的電池

儲(chǔ)備電池→電池儲(chǔ)備時(shí)不直接接觸電解質(zhì)，直到電池使用時(shí)，才加入電解液，如鎂氯化銀（海水電池）。

電池的分類4

電極系統(tǒng)：如果系統(tǒng)由兩個(gè)相組成，一個(gè)相是電子導(dǎo)體(叫電子導(dǎo)體相)，另一個(gè)相是離子導(dǎo)體(叫離子導(dǎo)體相)，且通過它們互相接觸的界面上有電荷在這兩個(gè)相之間轉(zhuǎn)移，這個(gè)系統(tǒng)就叫電極系統(tǒng)。電池的基本術(shù)語

電極系統(tǒng)將一塊金屬(比如銅)浸在清除了氧的硫酸銅水溶液中，就構(gòu)成了一個(gè)電極系統(tǒng)。在兩相界面上就會(huì)發(fā)生下述物質(zhì)變化：Cu(M)→Cu2+(Sol)+2e-

4

半電池：電池的一半，通常一個(gè)電極系統(tǒng)即構(gòu)成一個(gè)半電池，連接兩個(gè)半電池構(gòu)成電池。

電對(duì)：在原電池的每一個(gè)電極中，一定包含一個(gè)氧化態(tài)物質(zhì)和一個(gè)還原態(tài)物質(zhì)。一個(gè)電極中的這一對(duì)物質(zhì)稱為一個(gè)氧化還原電對(duì)，簡稱電對(duì)，表示為：氧化態(tài)/還原態(tài)(如：Zn2+/Zn，Cu2+/Cu，F(xiàn)e3+/Fe2+，I3-/I-，H+/H2等)。注意：無論它作正極還是負(fù)極，都表示為“Ox/Re”。電池的基本術(shù)語4

電極(electrode)：電對(duì)以及傳導(dǎo)電子的導(dǎo)體，其作用為傳遞電荷，提供氧化或還原反應(yīng)的地點(diǎn)。電極通常用電極符號(hào)來記錄，具體為：電子導(dǎo)電材料|電解質(zhì)，如：Zn|Zn2+，Cu|Cu2+，(Pt)H2|H+。電池的基本術(shù)語

充電與放電（charge&discharge）：化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能——放電；電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能——充電。4

電極的類型：在電化學(xué)中，按照發(fā)生的電極反應(yīng)來確定

陽極(anode)——發(fā)生氧化反應(yīng)的電極

陰極(cathode)——發(fā)生還原反應(yīng)的電極

在物理學(xué)中，按電勢高低來確定：

正極(positiveelectrode)——電勢高的電極

負(fù)極(negativeelectrode)——電勢低的電極電池的基本術(shù)語4

電極的類型：在電池中：

陽極=負(fù)極——發(fā)生氧化反應(yīng)、電勢低

陰極=正極——發(fā)生還原反應(yīng)、電勢高

在電解中：

陽極=正極——發(fā)生氧化反應(yīng)、電勢高陰極=負(fù)極——發(fā)生還原反應(yīng)、電勢低電池的基本術(shù)語4

電極反應(yīng)：在電極系統(tǒng)中伴隨著兩個(gè)非同類導(dǎo)體相之間的電荷轉(zhuǎn)移而在兩相界面上發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)，就在電極上進(jìn)行的有電子得失的化學(xué)反應(yīng)。

電池反應(yīng)：兩個(gè)電極反應(yīng)的總和。電池的基本術(shù)語電池反應(yīng)：A+B-→A+BB--e-→BA++e-→A正極反應(yīng)：負(fù)極反應(yīng)：4

電池符號(hào)：1、負(fù)極寫左邊，正極寫右邊；2、按順序從左到右依次排列各個(gè)相的組成及相態(tài)；3、單實(shí)線表示相之間的界面，雙虛線表示“鹽橋”；4、溶液應(yīng)注明濃度，氣體應(yīng)注明分壓；5、若含有兩種離子參與電極反應(yīng)，用逗號(hào)分開；6、當(dāng)無金屬參與反應(yīng)，用惰性電極Pt或C；7、有g(shù)(純)、l(純)或s(純)，挨惰性電極寫。8、在涉及氧的氧化數(shù)變化時(shí)，電池符號(hào)中應(yīng)列入H+和OH-(-)Pt,H2(g,pΘ)|HCl(s,0.1mol?L-1)|Cl2(g,0.5pΘ),Pt(+)電池的基本術(shù)語4半電池:

Zn-ZnSO4Cu-CuSO4電對(duì):

Zn2+/ZnCu2+/Cu電極反應(yīng):

正極Cu2++2e=Cu負(fù)極Zn–2e=Zn2+電池反應(yīng)：電池符號(hào)：Zn-Cu原電池CuSO4+Zn=Cu+ZnSO4

(-)Zn|Zn2+(m1)||Cu2+(m2)|Cu(+)4熱化學(xué)反應(yīng)電化學(xué)反應(yīng)反應(yīng)質(zhì)點(diǎn)必須接觸反應(yīng)質(zhì)點(diǎn)彼此分開電子轉(zhuǎn)移路徑短，且電子無規(guī)則運(yùn)動(dòng)電子轉(zhuǎn)移路徑長，且是有序運(yùn)動(dòng)活化能來自于分子碰撞，反應(yīng)速率取決于溫度活化能來自于電能，反應(yīng)速率取決于電勢釋放能量的形式：熱釋放能量的形式：電能熱化學(xué)和電化學(xué)的對(duì)比4任何電池都由四個(gè)基本部分組成，即由電極、電解質(zhì)、隔離物及外殼組成。電池的組成4(1)電極：電極是電池的核心部分，由活性物質(zhì)、導(dǎo)電材料和添加劑組成，有時(shí)還包含集流體。

活性物質(zhì)是能夠通過化學(xué)變化將化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿奈镔|(zhì)，導(dǎo)電骨架主要起傳導(dǎo)電流、支撐活性物質(zhì)的作用，電池內(nèi)的電極又分正極和負(fù)極。導(dǎo)電材料也常用作集流體，如圖所示鉛銻合金柵架和泡沫鎳(MH-Ni電池常用導(dǎo)電材料)；電池的組成4(2)電解質(zhì)負(fù)責(zé)正負(fù)極之間的電荷傳輸，電解質(zhì)一般是酸、堿、鹽的溶液。

很多電池的電解質(zhì)有較強(qiáng)的腐蝕性，所以無論電池是否用過，都不要拆解電池。電池的組成4(3)隔離物

防止正、負(fù)極短路，但充許離子順利通過。在電池內(nèi)部，如果正負(fù)兩極材料相接觸，則電池出現(xiàn)內(nèi)部短路，其結(jié)果如同外部短路，電池所貯存的電能也被消耗。所以，在電池內(nèi)部需要一種材料或物質(zhì)將正極和負(fù)極隔離開來，以防止兩極在貯存和使用過程中被短路，這種隔離正極和負(fù)極的材料被稱作隔離物。隔離物可分三大類：板材，如鉛酸電池用的微孔橡膠隔板和塑料板；膜材，如漿層紙、無紡布、玻璃纖維等；膠狀物，如漿糊層、硅膠體等。電池的組成4(4)外殼主要作容器。電池的殼體是貯存電池其它組成部分(如電極、電解質(zhì)、隔離物等)的容器，起到保護(hù)和容納其它部分的作用，所以一般要求殼體有足夠的機(jī)械性能和化學(xué)穩(wěn)定性，保證殼體不影響到電池其它部分的性能。為防止電池內(nèi)外的相互影響，通常將電池進(jìn)行密封，所以還要求殼體便于密封。電池的組成41.

電池電動(dòng)勢與開路電壓

電池電動(dòng)勢：正負(fù)極的平衡電位之差。

開路電壓：電池不放電時(shí)，電池兩極之間的電位差。

由此可以明確地看出，若正極的電位越正，負(fù)極的電位越負(fù)，電池的電動(dòng)勢也就越高。電池的性能參數(shù)電池電動(dòng)勢的大小取決于電池的本性及電解質(zhì)的性質(zhì)與活度，而與電池的幾何結(jié)構(gòu)等無關(guān)。即：通常開路時(shí)并非平衡電極電位，而是穩(wěn)定電極電位。但一般可近似認(rèn)為電池的開路電壓就是電池電動(dòng)勢。：4元素中以Li的電位為最負(fù)：

氟的電位為最正：

若做成鋰氟電池，其電池電動(dòng)勢可達(dá)5.91V。這是化學(xué)電源中電動(dòng)勢最高的數(shù)值。

應(yīng)當(dāng)注意的是，在選擇電極活性物質(zhì)時(shí)，不能只看平衡電位數(shù)值的高低，還要看（1）它在介質(zhì)中的穩(wěn)定性（2）材料來源（3）電化當(dāng)量等多方面的因素。例如Li－F2,若組成電池，它具有很高的電動(dòng)勢，但由于Li只適用于非水溶劑電解質(zhì)，F(xiàn)2是活性的氣體，不易儲(chǔ)存和和控制，因而由單質(zhì)Li與F2組成電池是不切合實(shí)際的。電池的性能參數(shù)4

一般的化學(xué)電源都是采用水溶性電解質(zhì)。在電位較負(fù)的金屬中，以鋅、鉛、鎘、鐵最為常用。因在相應(yīng)的電解質(zhì)中具有較好的耐腐蝕性，在電位較正的活性物質(zhì)中，常用的有二氧化錳、二氧化鉛、氫化鎳、氧化銀等，它們在水溶液中都很穩(wěn)定，溶解度小，材料來源廣。

在以上所討論的電動(dòng)勢是指體系達(dá)到熱力學(xué)平衡后的電動(dòng)勢。但實(shí)際上有許多電極體系在水溶液中，即使開路時(shí)，也達(dá)不到熱力學(xué)上的平衡狀態(tài)。電池的性能參數(shù)42.電池的工作電壓和放電曲線（1）工作電壓：當(dāng)電池有電流通過時(shí)，這時(shí)正、負(fù)極兩端的電位差，即為工作電壓（放電電壓）。

由于電流通過電池回路時(shí)使電極產(chǎn)生電極極化和歐姆極化，這時(shí)的工作電壓總是低于電動(dòng)勢。即：

，分別為電流通過正，負(fù)極時(shí)的工作電位。I為放電電流R為電池內(nèi)阻。電池的性能參數(shù)4放電時(shí)間一般放電時(shí)間長，電壓低放電流密度一般放電流密度大，電壓低放電深度一般放電深度低，電壓低（2）放電曲線

若在指定負(fù)載和溫度下放電時(shí)，把電池的電壓隨時(shí)間的變化作圖，就可以得到電池的放電曲線。電池的性能參數(shù)影響工作電壓的因素：4根據(jù)電池的放電曲線，通?？梢源_定電池的放電性能和電池的容量通常電池的放電曲線越平坦、穩(wěn)定、電池的性能就越好電池的容量大小放電時(shí)間的長短，取決于放電的終止電壓（不宜再繼續(xù)放電的電壓）。通常放電電流大時(shí)，終止電壓可低些，放電電流小時(shí)，終止電壓可高些。常用平均工作電壓來衡量電池的電壓特性。電池的性能參數(shù)43.

電池的容量

電池的容量是指給定條件下，電池放電至終止電壓時(shí)所能釋放的電量（Ah)。電池的容量通常分為：理論容量C0：理論容量是根據(jù)活性物質(zhì)的重量按法拉第定律計(jì)算出的電量。實(shí)際容量C：實(shí)際容量指在一定的放電條件下電池所能給出的電量。

電池的性能參數(shù)C0=26.8*n/M,n:得/失電子數(shù)M:活性物質(zhì)分子量4實(shí)際容量的計(jì)算：（1）若是恒電流放電（2）恒電阻放電由于恒電阻放電時(shí)，I是不斷變化的，故要通過積分的方法計(jì)算：

額定容量CP：設(shè)計(jì)和制造電池時(shí)，規(guī)定或保證電池在一定放電條件下應(yīng)該放出的最低限度的容量。電池的性能參數(shù)44.電池的能量

電池的能量指電池在一定的放電條件下，所能給出的能量，通常用瓦·時(shí)（W·H)表示。電池的能量分類為：（1）理論能量：從熱力學(xué)上看，電池的理論能量等于可逆過程電池所能做的最大有用功：（2）電池的實(shí)際能量：2.恒電阻放電時(shí)1.恒電位放電時(shí)電池的性能參數(shù)4（3）比能量體積比能量：單位體積電池輸出的能量重量比容量：單位重量電池所能輸出的能量

總之：在評(píng)定電池的質(zhì)量或是在開發(fā)新的電源時(shí)，對(duì)電池的比能量是常常需要考慮的一個(gè)指標(biāo)。A.理論比能量：單位電池反應(yīng)物質(zhì)反應(yīng)完全后，理論上所能給出的電能。B.實(shí)際比能量：單位電池反應(yīng)物質(zhì)在實(shí)際放電時(shí)所能給出的電能。電池的性能參數(shù)45.電池的功率

在一定的放電條件下，單位時(shí)間內(nèi)電池所能給出的能量，稱為電池的功率（W，KW)。

單位重量或單位體積電池輸出的功率，稱為電池的比功率（W/Kg，W/L).

比功率是電池的重要性能之一。一個(gè)電池的比功率越大，表示它可以承受的放電電位越大，或者說其可以在高倍率下放電。電池的性能參數(shù)46.電池的儲(chǔ)存性能和自放電

化學(xué)電源的特點(diǎn)之一是在使用時(shí)能夠輸出電能，不用時(shí)能夠保存能量。因而好的電池具有較好的儲(chǔ)存性能。所謂的放電性能是指在一定條件（一定溫度、濕度等）下，儲(chǔ)存時(shí)容量的下降率。通常表示為：Q。、QT分別為電池儲(chǔ)存前后的容量，t為儲(chǔ)存的時(shí)間，一般用天、月、年計(jì)算。電池的性能參數(shù)4

容量的下降率主要是由電池的自放電引起的，故也叫自放率。

從熱力學(xué)上看，產(chǎn)生自放電的根本原因是由于電極活性物質(zhì)在電解液中不穩(wěn)定引起的。因大多數(shù)的負(fù)極活性物質(zhì)是活潑的金屬，它在水溶液中的還原電位比氧負(fù)極要負(fù)，因而會(huì)形成金屬的自溶解和氫析出的共軛反應(yīng)。使負(fù)極活性物質(zhì)不斷被消耗。同樣,正極活性物質(zhì)也會(huì)與電解液或電極中的雜質(zhì)發(fā)生作用被還原而產(chǎn)生自放電。電池的性能參數(shù)4

另外電池的自放電也有可能由正負(fù)極之間的微短路或正極活性溶解轉(zhuǎn)移到負(fù)極上去而引起自放電。這時(shí)必須采用良好的隔膜來解決。

另外還可以采用低沉和干荷電儲(chǔ)存，都可減少自放電，而使電池的儲(chǔ)存壽命延長。

克服自放電的方法，一般是采用高純的原材料，或在負(fù)極材料中加入氫過電位高的金屬（Hg，Cd，Pb)，或在電極或溶液中加入緩蝕劑來抑制氫的析出等。電池的性能參數(shù)4充電時(shí)，直流電源的正極與電池的正極相連，負(fù)極與直流電源的負(fù)極相連。這時(shí)電池的端電壓稱為充電電壓，電池的充電電壓總是高于它的電動(dòng)勢，其關(guān)系式如下：

r為電極的等效極化電阻R為R+、R－等歐姆電阻之和電池的性能參數(shù)7.電池的充電特性

電池放電后，用一個(gè)直流電源對(duì)它充電，即此時(shí)發(fā)生的電極反應(yīng)恰是放電反應(yīng)的逆反應(yīng)。這樣使電極活性物質(zhì)得到恢復(fù)，電池又可重復(fù)使用，充電過程是一個(gè)電解過程。4

電池的充電方法有恒流法和恒壓法，通常使用的是恒電流法。

隨著充電的進(jìn)行，活性物質(zhì)不斷被恢復(fù)（負(fù)極物質(zhì)還原，正極活性物質(zhì)氧化），電極反應(yīng)存積不斷縮小，充電電流密度不斷增大，使電極的極化不斷增大。造成能量的損耗?；谠诔潆娺^程中有能量的損耗，因而就有一個(gè)充電效率的問題。充電效率：指電池在充電過程中所消耗的電能轉(zhuǎn)化成電池所能儲(chǔ)存的化學(xué)能程序的量度。電池的性能參數(shù)48.電池的循環(huán)壽命

電池經(jīng)歷一次完整的充電和放電，稱為一次循環(huán)（或稱一個(gè)周期）。在一定的放電制下，當(dāng)電池的容量降到某一定值之前，電池所能承受多少次充放電，稱為電池的使用周期（或稱循環(huán)壽命）。周期越長，表示電池的性能越好。電池的性能參數(shù)

不同的電池使用周期是不相同的，例如：一般說來，F(xiàn)e－Ni，Cd－Ni電池的使用壽命可達(dá)數(shù)千次。鉛蓄電池約300－500次，Zn－Ag電池約40－100次。

另外，電池的使用壽命與放電深度、沉度、充放電率等條件都有關(guān)。4鉛酸電池鉛酸電池(Lead-AcidBattery,LAB)，又稱鉛酸蓄電池、鉛蓄電池，是指正負(fù)極活性物質(zhì)分別是二氧化鉛和鉛、由硫酸水溶液做電解液的二次電池。4鉛酸電池的發(fā)展1859年法國Plante發(fā)明鉛酸蓄電池AGM隔離板美國Gate公司1971年1957年德國陽光公司膠體技術(shù)涂膏式鉛銻合金板柵1882年4鉛酸電池鉛酸電池具有價(jià)格低廉、可靠性高、維護(hù)簡單等優(yōu)點(diǎn)。由于鉛對(duì)人體有害、硫酸污染環(huán)境、腐蝕設(shè)備，因此應(yīng)用領(lǐng)域受到限制。雖然有被鎳氫、鋰離子電池等取代的趨勢，但由于價(jià)格、安全、可靠性等原因仍將占據(jù)二次電池的大部分市場。4鉛酸電池的工作原理雙極硫酸鹽化理論：放電正、負(fù)極都生成硫酸鉛。4鉛酸電池的分類富液式：普通鉛酸電池。不能臥式放置，需經(jīng)常加水加酸和調(diào)整酸的濃度等復(fù)雜維護(hù)；酸液揮發(fā)會(huì)污染環(huán)境并腐蝕設(shè)備。貧液式：閥控式密封電池。電池以安全閥密封，內(nèi)壓過大時(shí)開閥排氣，內(nèi)部無游離酸。4閥控密封鉛酸蓄電池閥控式密封鉛酸蓄電池（ValveRegulatedLeadAcidBattery，VRLA電池）電解質(zhì)吸附于AGM隔板中或者變成膠