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蓄電池
來源:互聯網

蓄電池是一種可逆的低壓直流電源,主要由正負極板、隔板、電解液殼體、極柱等組成。其主要作用是將電能儲蓄起來,需要使用時再把化學能轉變為電能放出來。蓄電池在充電時利用外部的電能使內部活性物質再生,把電能儲存為化學能,需要放電時再次把化學能轉換為電能輸出。蓄電池主要可以分為鉛酸蓄電池,堿蓄電池,動力蓄電池等。

1800年,意大利物理學家Alessandro Volta發明出真正意義上的現代電池蓄電池在光伏領域,軍事領域,電動汽車領域都有著應用。伴隨著科技材料不斷的進步,蓄電池也朝著更長的使用壽命,以及智能化、智慧化,儲備一體等方向發展。

簡史

電池出現的時間之早超出了我們的想象。1938年,巴格達博物館主任在該博物館的地下室中,找到了現在被稱為“巴格達電池”的原始電池。分析表明,這一原始電池可以追溯到公元前250年,屬于美索不達米亞文明時期的造物。這枚最早的電池引發了很多的爭論。對于它的用途,人們眾說紛紜,可能的假說包括用于電鍍,止痛或者是人們通過與之接觸時的刺痛感,來產生宗教體驗。

18世紀(1701~1800)

1749年美國發明家本杰明?富蘭克林首次使用了“電池”這一詞語。當時他使用了一組串聯的電容器來進行電學實驗。

1780年,意大利解剖學家伽伐尼在實驗中意外發現,同時觸摸兩種不同的金屬器械可以引起青蛙腿部的肌肉抽搐,他稱之為“生物電”。此發現引起了物理學家們的極大興趣。

1799年,意大利物理學家伏特通過多次實驗,得出結論認為:肌肉之所以能產生電流,是因為肌肉中的某種液體在起作用。他通過把兩種不同的金屬片浸在各種溶液中進行試驗,發現了金屬片與溶液發生化學反應時能產生電流。在此基礎上,伏特成功制成了世界上第一個電池“伏特電堆”,由許多鋅片和銀片之間墊上浸透鹽水的絨布或紙片組成。這種“電堆”實際上就是串聯的電池組。只要有兩種金屬浸泡在某種溶液中,就有可能產生類似電池的作用。

1800年,意大利物理學家Alessandro Volta發明出真正意義上的現代電池。他通過在一枚銅片和一枚鋅片中間夾上浸有鹽水的布片構筑成一個小單元,再將這些小單元堆疊起來,就得到了“伏打電堆”。導線將電堆的兩端連接起來,就能夠產生穩定的電流。每一個小單元能夠產生0.76伏特(V)的開路電壓。通過將這些小單元串聯,我們能夠得到電壓相當于每一個小單元電壓的總和。

19世紀(1801~1900)

1836年,英國的丹尼爾對“伏特電堆”進行了改良,發明了更有效的“本生電池”和“格羅夫電池”。然而,當時的電池都需在兩個金屬板之間灌裝液體,搬運很不方便,特別是蓄電池所用液體是硫酸,在挪動時很危險。

1860年,法國的雷克蘭士(George Leclanche)發明了碳鋅電池,這種電池更容易制造,且最初潮濕水性的電解液逐漸用黏濁狀類似糊的方式取代,于是裝在容器內時,“干”性的電池出現了。同年,法國普朗泰(Gaston Plante)發明出用鉛做電極的電池。這種電池的獨特之處是當電池使用一段時間電壓下降時,可以給它通以反向電流,使電池電壓回升。因為這種電池能充電,并可反復使用,所以稱它為“蓄電池”。

1887年,英國人赫勒森(Wilhelm Hellesen)發明了最早的干電池。相對于液體電池而言,干電池的電解液為糊狀,不會溢漏,便于攜帶,因此獲得了廣泛應用。

20世紀(1901~2000)

1970年代,M.S.Whittingham制成了首個鋰電池,其中正極材料為硫化鈦,負極材料為。這奠定了鋰離子電池的發展基礎。

1980年,美國物理學教授John Goodenough發明了一種新型的鋰電池。在這種鋰電池中,鋰能夠在電池中以鋰離子的形式,穿梭于兩個電極之間。鋰是周期表中最輕的元素之一,同時擁有著極強的電化學勢,這兩點優勢使得它能夠以最小的體積提供最高的電壓。

1982年,伊利諾伊理工大學的R.R.Agarwal和J.R.Selman發現鋰離子可以快速地、可逆地嵌入石墨中。這一發現為制作充電電池提供了新的思路。隨后,貝爾實驗室成功試制了首個可用的鋰離子石墨電極。1983年,M.Thackeray和J.Goodenough等人發現了錳尖晶石這一優良的正極材料,它具有低價、穩定和優良的導電、導鋰性能。此外,它的分解溫度高,氧化性遠低于鈷酸鋰,因此更為安全。

1989年世界上最早的充電電池之一,鎳鎘電池(NiMH)發明,這種電池擁有比鎳-鎘電池更長的壽命。同樣使用的是堿性電解質。同年,A.Manthiram和J.Goodenough發現采用聚合陰離子的正極可以提高電池的電壓。

1990年,日本索尼公司正式推出LiCoO2/石墨礦這種鋰離子電池,該電池成功的利用能可逆脫嵌鋰的碳材料替代作為負極,克服了鋰二次電池循環壽命低、安全性差的缺點,鋰離子電池得以商品化。標志著電池工業的一次革命。而在1992年,索尼公司發布了首個商用鋰離子電池,這標志著鋰離子電池進入了商業化階段,同時也革新了消費電子產品的面貌。

21世紀(2001~2023)

21世紀初,日本開發了人造石墨和改性天然石墨負極的新技術,逐漸替代了昂貴的MCMB,至今仍然是商業化負極的首選。

工作原理

蓄電池的工作原理:充電時利用外部的電能使內部活性物質再生,把電能儲存為化學能,需要放電時再次把化學能轉換為電能輸出,如生活中常用的手機電池等。

蓄電池用填滿海綿狀鉛的鉛基板柵(又稱格子體)作負極,填滿二氧化的鉛基板柵作正極,并用密度為1.26~1.33/mL的稀硫酸作電解質。電池在放電時,是負極,發生氧化反應,生成硫酸鉛;二氧化鉛是正極,發生還原反應,生成硫酸鉛。蓄電池在用直流電充電時,兩極分別生成單質鉛和二氧化鉛:移去電源后,它又恢復到放電前的狀態,組成化學電池。鉛蓄電池能反復充電、放電,它的單體電池電壓是2V,一個或多個單體電池構成的電池組(簡稱蓄電池),最常見的電壓是6V,其他還有2V、4V、8V、24V、蓄電池。例如,汽車上用的蓄電(俗稱汽車電瓶)是6個蓄電串聯成12V的電池組。

化學原理

總反應

總反應:

放電時

負極:

正極:

充電時

陰極:

陽極:

注(充電時陰極為放電時負極)

基本構造

蓄電池主要由正負極板、隔板、電解液殼體、極柱等組成。

極板

極板分為正極板和負極板,均由柵架和活性物質組成,是蓄電池的核心部件。正極板的活性物質為二氧化鉛(PbO),星棕褐色。負極板上的活性物質為海綿狀純鉛(Pb),呈深灰色。將活性物質做成膏狀涂敷在柵架的空隙里并進行干燥,便制成極板。

蓄電池充放電的化學反應主要是依靠極板上的活性物質與電解液進行。將正負極板各一片浸入電解液中,可獲得2V 的電動勢。為了增大蓄電池容量,通常把多片正負極板并聯,用橫板焊接成正負極板組,構成一個單格蓄電池。一個需電池通常由一個或幾個單格蓄電池串聯而成。

柵架的作用是固結活性物質,一般由鉛錦合金鑄成,具有良好的導電性、耐腐蝕性和一定的機械強度。為了減小蓄電池的內阻,改善露電池的起動性能,有些蓄電池采用了放射形柵架。

隔板

隔板在正、負極板間起絕緣作用,使蓄電池結構更為緊湊。隔板上有許多微孔,有利于電解液滲透。隔板一面平滑,另一面有凹槽。帶溝槽的一面應朝向正極板,使正極板在充電、放電過程中電解液能順利地上下流通。另外,當正極板上的活性物質脫落時,能沿隔板槽迅速沉至容器底部。

電解液

電解液的作用是使離子間導電,并參與蓄電池的化學反應。電解液由純硫酸(HSO)和蒸餾水按一定的比例配制而成,密度一般為1.24~1.30g/cm。電解液的密度和純度對蓄電池的性能和使用壽命有很大的影響。電解液的密度越大,越不容易結冰,并能提高蓄電池的容量;但密度過大,則黏度增加,會降低蓄電池的容量,縮短蓄電池的使用壽命。

殼體

蓄電池殼體的作用是盛放電解液和極板組,使鉛酸蓄電池構成一個整體,多采用硬橡膠或聚丙烯塑料制成,殼內由間壁分為3個或6個相互分離的單格,單格之間用鉛質聯條串聯。

殼體底部有凸起的筋條支撐極板組,凸筋之間的空間用來容納極板脫落的活性物質,以防極板短路。殼體上部有蓄電池蓋密封,警電池蓋上有每個單格警電池的加液孔,用于添加電解液和蒸餾水,以及測量電解液密度、溫度和液面高度。蓄電池化學反應產生的氣體可通過加液孔蓋上的通風孔順利排出。

匯流排

匯流排的作用是將單格蓄電池串聯起來,提高整個蓄電池的端電壓。匯流排一般由鉛錦合金制成,有外露式、穿壁式和跨越式三種。

極柱

普通的鉛酸蓄電池首尾兩極板組的橫板上焊有極柱。一個為正極柱,旁邊標有+或P記號;另一個為負極極柱,旁邊標有-或記號,有的用不同顏色表示。

基本分類

蓄電池按電池類型可以分類為:鎘鎳堿性蓄電池、鎳堿蓄電池、鎳鎘蓄電池、動力蓄電池、鉛酸蓄電池、膠體蓄電池、鎳氫蓄電池、氫蓄電池、鋰蓄電池、鋰離子蓄電池。

鉛酸蓄電池

以酸性水溶液為電解質的蓄電池稱為酸蓄電池,鉛酸蓄電池電極是以鉛及其氧化物為材料。酸蓄電池理論比能量175.5(W·h)/kg,實際比能量35(W·h)/kg,能量密度80(W·h)/L。鉛酸電的基本單元是單體電池(BatterCell)。每個單體電池都是由正極板、負極板和裝在正極板與負極板之間的隔板組成。每個單體電池的基本電壓為2.1V多一點,不過習慣稱為2V。實際用的鉛酸蓄電池是由不同容量的單體電池按使用要求進行組合,裝置在不同的塑料外殼中獲得不同電壓和不同容量。

鉛酸蓄電池的特點是開路電壓高,放電電壓平穩,充電效率高,能夠在常溫下正常工作,生產技術成熟,價格便宜,規格齊全。

鎳堿蓄電池

鎳堿蓄電池與鉛酸蓄電池在結構上相似,但使用的材料有顯著差異。其極板主要采用袋式和燒結式兩種類型。袋式極板是將活性物質(正極板活性物質為氫氧化鎳粉末上添加的石墨,負極板活性物質為主要成分的粉末)包裹在有許多小孔的薄鋼板(鋼帶)內,并保持其在鋼制外框中,以確保活性物質不會脫落。

燒結式極板是通過在金屬絲網中燒結鎳粉來制作多孔活性物質基板,然后浸透鎳鹽溶液(正極板用)或鹽溶液(負極用),使其沉淀附著來制成正負極極板。電解液采用高純度氫氧化鉀(KOH)溶液,其比重為1.20。

隔板采用多孔合成樹脂板、非編織布或絕緣棒等。電池槽(即外殼)則由合成樹脂或鍍鎳的鋼板制成。需要注意的是,氫氧化鉀溶液容易吸收空氣中的二氧化碳,為避免這一現象,通氣孔常采用活門式

鎳鎘堿性蓄電池,正極板含有氫氧化高鎳(Ni(OH)3),負極板含有鎘(Cd),電解液為氫氧化鉀(KOH)溶液,電動勢約為1.35V。在這個電化學反應中,同鉛酸蓄電池有很大不同,鎳堿蓄電池的電解液不直接參與反應而只起導電作用,所以在充放電過程中電解液比重不發生變化。

鎘鎳堿性蓄電池

鎘鎳堿性蓄電池由正負極板,電解液,電槽等組成。電槽由鍍鎳鋼板制成,正負極板均用穿孔制成的匣子分別裝入正、負極活性物質(氧化鎳、鎘鐵合金等)而構成。正負極板間用硬橡膠隔離,負極板與電槽絕緣,而正極板與電槽相連,正極板比負極板多一片。蓄電池箱組裝時每個蓄電池單元用尼龍隔板支撐,并與外殼絕緣以防短路。蓄電池的上蓋有3個孔,2個孔用來引出正負極另一孔作為排電解液用。鎘鎳堿性蓄電池極板活性物質充電后,正極板為氫氧化鎳(Ni(OH)3),負極板為金屬鎘(Cd)。而放電終止時正極板轉化為氫氧化亞鎳,負極板轉化為化(Cd(OH)2)。電解多用氫氧化鉀(KOH)溶液。電解液只作電流的傳導體其濃度不起變化,因而不能根據比重來判斷充、放電的程度,唯一可靠的辦法是根據電壓的變化判斷充放電的程度。

鎳鎘蓄電池

鎳鎘蓄電池的正極材料為二氧化鎳(NiO2)和石墨粉的混合物,負極材料為海綿狀鎘粉和氧化鎘粉,電解液通常為氫氧化鈉或氫氧化鉀溶液。當環境溫度較高時,使用密度為1.17~1.19g/cm3(15°C時)的化鈉溶液。當環境溫度較低時,使用密度為1.19~1.21g/cm3(15°C時)的氫氧化鉀溶液。在-15°C時以下時,使用密度為1.25~1.27g/cm3(15°C時)的氫氧化鉀溶液。為兼顧低溫性能和荷電保持能力,密封鎳鎘蓄電池采用密度為1.40g/cm3(15°C時)的氫氧化鉀溶液。為了增加蓄電池的容量和循環壽命,通常在電解液中加入少量的氫氧化鋰(每升電解液加15~20g)。

鎳鎘蓄電池充電后,正極板上的活性物質變為NiO2,負極板上的活性物質變為金屬鎘;鎳鎘蓄電池放電后,正極板上的 NiO2,變為Ni(OH)2,負極板上的Cd變為Cd(OH)2。

動力蓄電池

蓄電池是電動汽車的關鍵部件,同時也是制約其發展的主要因素。在電動汽車中,一般使用兩種類型的蓄電池:動力蓄電池和輔助蓄電池。動力蓄電池主要負責為驅動電機提供電能,而輔助蓄電池則主要用于起動、照明和點火等功能,也被稱為起動蓄電池(SLI)。與輔助蓄電池相比,動力蓄電池需要保證長時間持續供電。

根據GB/T 19596-2017《電動汽車術語》的定義,動力蓄電池系統是由一個或多個電池包及相應的附件(如蓄電池管理系統、高壓電路、低壓電路、熱管理設備以及機械總成)組成的,為電動汽車提供電能的能量存儲裝置

而在汽車行業標準OC/T 1023-2015《電動汽車用動力蓄電池系統通用要求》中,動力蓄電池被定義為用于承裝蓄電池組、蓄電池管理模塊以及相應的輔助元器件的總成,它也包含了機械連接、電氣連接和防護等功能,并且可以簡稱為蓄電池箱。

通常,動力蓄電池包包括蓄電池模塊、蓄電池管理模塊(不包含蓄電池控制單元)、蓄電池箱以及相應的附件。作為一個從外部獲取電能并可對外輸出電能的單元,它具有能夠在短時間內(通常不超過5分鐘)在電動汽車上完成安裝的特點,并且可以在非車載情況下對其承裝的蓄電池進行充電,這種蓄電池包被稱為快換動力蓄電池包。

汽車用蓄電池的主要性能指標包括比能量、比功率、循環壽命和成本等。理想的電動汽車蓄電池應具備高比能量、低內阻、高放電電流、高充電效率、放電時電壓幾乎恒定的扁平放電特性、良好的高低溫工作性、長工作壽命、充放電循環次數多以及低成本等特點。

膠體蓄電池

膠體蓄電池結構與普通蓄電池相同,只是電解質不是液體,而是膠狀體,故稱膠體電解質蓄電池,簡稱膠體蓄電池。其電解質成分為純凈的硅酸鈉硫酸。電解質粘稠,呈白色透明半流態。與普通蓄電池相比,有以下特點:

(1)電解質不會流動無出。便于維護使用保和運輸。

(2)膠體電解質失水量小。因此不用測和調整電解質密度也不要測量電解液液面高度,只需添加少量蒸餾水。

(3)耐強電流放電,活性物質不易脫落。凝膠狀電解質像保護套緊緊包住極板。所以,耐強電流放電,也耐振動,使用壽命較長。

(4)耐硫化。放電時產生的硫酸很難溶解到膠體中去。膠體中的硫酸鉛也難于再附回極板,形成再結晶。可在一定程度上,防止極板的硫化。

(5)內阻大。膠體電解質電阻大整個蓄電池內阻增加。大電流放電時容量有所降低。

氫蓄電池

各種干電池、蓄電池,包括鋰電池和鋰離子電池以及超級電容電池都是先把電能存儲,然后才能給用電器提供電能。氫燃料電池是使用,在電池里面直接與氧氣發生化學反應而產生電能。氫燃料電池嚴格說起來不是電池,因為它并不直接存儲電能,而是儲存氫氣,在使用時才把氫氣和氧氣變成電能。就好像內燃機一樣,并不儲存能量,只儲存燃油,發動機工作時才把燃油變成能量。所以,更貼切地說,氫燃料電池應該是氫燃料發動機。

氫燃料電池的基本原理是電解水的逆反應。電池含有正負兩個電極,分別充滿電解液,兩個電極被具有滲透性的薄膜隔開。氫氣由燃料電池的正極進入電池,氧氣(或空氣)由負極進入電池。催化劑可使正極的氫分子分解成兩個質子(proton)與兩個電子(electron)。質子被氧吸引到薄膜的另一邊,電子不能穿過質子交換膜,只能經過外部電路到達燃料電池負極,從而在外電路中產生電流。在負極催化劑作用下,質子、電子及氧發生反應,形成水分子。由于供應給電池負極的氧可以從空氣中獲得,因此只要不斷地給電池正極供應氫,負極從空氣中獲取氧氣,并及時把發電后產生的水蒸氣帶走,就可以不斷地提供電能。

鎳氫蓄電池

鎳氫蓄電池是正極使用與鎳鍋蓄電池相同的鎳的氧化物,負極使用可以進行電化學反應并能吸收、釋放活性物質氫的貯氫合金,電解液使用高濃度的氫氧化鉀水溶液的蓄電池。鎮氫需電池除了具有卓越的能量密度、輸出功率特性、再生恢復特性、壽命等基本特性之外,還具有卓越的安全性能和回收性能,是功能均衡的電池系統、所以被用于電動汽車,特別是用于混合動力車驅動的動力、能量源,得以開發并普及。

鋰蓄電池

鋰蓄電池是20世紀90年代發展起來的高容量可充電電池,其比能量大、循環壽命長、自放電率小、無記憶效應和環境污染,是各國能量存儲技術研究的熱點,主要集中在大容量長壽命和安全性3個方面的研究。鋰蓄電池體系仍在發展完善之中,目前根據電解質的不同主要分為以下3種類型:①非水電解液體系、②聚合物電解質體系、③固體電解質體系。其中,第一種體系電解質是有機化合物無機化合物。后兩種體系電解質是無機物,屬于固體鋰蓄電池。

采用聚合物電解質的鋰蓄電池又分為兩類:一類稱為聚合物鋰蓄電池;另一類稱為聚合物鋰離子蓄電池或稱塑料鉀離子若電池。聚合物鋰蓄電池由和聚合物(不含任何液體)電解質組成。這種電池的原理與普通的有電解液的金屬電池相同,用聚合物代替液體電解質,以保證鋰離子在電極間轉換。這樣極大地減少了枝晶形成和鋰的腐蝕,增加了安全性和循環壽命。其工作溫度可達60°C。聚合物離子蓄電池與采用微孔聚丙烯聚乙烯隔板及液體電解質組成的鋰離子蓄電池的主要不同之處,在于用聚合物代替電解液,因而可卷制成多種形狀的薄形小型電池,目前應用于設備供電的鉀蓄電池主要有鋰離子蓄電池、聚合物鋰離子蓄電池、聚合物鋰蓄電池。

鋰離子蓄電池

鋰離子蓄電池是1990年由日本索尼首先推向市場的新型高能蓄電池,是目前世界最新一代的充電電池。與其他蓄電池相比,鋰離子蓄電池具有電壓高、比能量高、充放電壽命長、無記憶效應、無污染、快速充電、自放電率低、工作溫度范圍寬和安全可靠等優點,它已成為未來電動汽車較為理想的動力電源。鋰離子蓄電池由正極、負極、隔板、電解液和安全閥等組成。按照按照鋰離子蓄電池外形形狀可以分為方形鋰離子蓄電池、柱形鋰離子蓄電池。按照鋰離子蓄電池正極材料的不同可以分為錳酸鋰離子蓄電池、磷酸鐵鋰離子蓄電池、鎳鈷鋰離子蓄電池或鎳鈷錳鋰離子蓄電池。

技術參數

蓄電池的技術參數有電解液密度、靜止電動勢、電壓、內阻和容量等。這里主要介紹電解液密度、靜止電動勢和內阻。

電解液密度

電解液密度是指電解液中?H?SO??成分所占的比例。因為密度與溫度密切相關,所以實際測量密度時應同時測量電解液的溫度,并按下式換算成標準溫度(25℃)時的密度ρ25°c。

ρT——實測電解液密度,g/cm3;

T——?實測電解液溫度,℃;

β——密度溫度系數(β=0.0007),即溫度每升高1℃,密度將降低0.0007g/cm3。

靜止電動勢

靜止電動勢?E,?是指蓄電池在靜止狀態(不充電也不放電)時,正、負極板之間的電壓(即開路電壓)。靜止電動勢的高低與電解液密度和溫度有關,在密度為1?.?05~1.30g/cm3??的范圍內,可由下式計算近似值?(V)。

汽車用蓄電池電解液的密度在充電時增大,放電時減小,變化范圍在1.12~1.30g/cm3之間,其靜止電動勢相應地在1.97~2.15V?之間變化。

內阻

蓄電池內阻的大小反映了蓄電池帶負載的能力。在相同條件下,內阻越小,輸出電流越?大,帶負載能力越強。蓄電池的內阻為極板電阻、隔板電阻、電解液電阻和連接條電阻的總和,用R?表示。

極板電阻很小,且隨極板上活性物質的變化而變化。充電時電阻變小,放電時電阻變?大,特別是在放電終了時,由于活性物質轉變成為導電性能極差的硫酸鉛,因此內阻顯著增大。隔板電阻與其材料的孔徑和孔率有關。木質隔板比微孔塑料、微孔橡膠和聚氯乙稀袋式隔板的電阻大。此外,隔板越薄則電阻越小。

電解液電阻隨溫度和密度不同而變化。連接條電阻與蓄電池單格之間的連接形式有關。內部穿壁式和跨越式連接的電阻比表面

外露式連接的電阻要小。

對于完全充足電的蓄電池,在標準溫度25℃時的內阻R??可按以下經驗公式計算:

Ue——表示蓄電池的額定電壓,V;

Cn——表示20小時率額定容量,A·h;

應用領域

在航空、通信、電站及交通要求不間斷供電的地方,電池為不可缺少的儲能后備能源。大量移動通訊站和手機、電動汽車、助力電瓶車都依靠電池提供能量。小型風力發電和太陽能發電也用電池作為后備能源。蓄電池是DC電源系統的應急電源,它的主要用途是當電網不能供電時,向維持通信所必需的用電設備應急供電一定的時間。蓄電池還可以作為動力來源,例如電動汽車則是以車載電池為動力,依靠大功率電動機提供動力的新型交通工具,具有污染小、能量利用率高、使用維修方便等優點。燃料電池在無人機和潛艇中的應用也得到了討論。美國航空航天局研制的無人駕駛飛機太陽神號使用燃料電池作為動力,創造了世界飛行高度的紀錄。

光伏領域

光伏電站用儲能電池與儲能裝置是離網型光伏電站及并網型“光伏+儲能”電站的重要組成部分,其主要作用是存儲電能,在連續陰雨天、夜晚及應急狀態下為負載供電,或在并網系統中利用存儲的電能調峰填谷,以減少對電網的沖擊等。儲存電能的方式有很多,主要方式之一是利用各類儲能電池和儲能裝置來完成儲能的任務。在光伏發電系統中,常用的儲能電池及儲能裝置包括鉛酸蓄電池、鋰離子電池磷酸鐵鋰電池、鎳氫電池,以及當前具有前沿性的全釩液流電池鈉硫電池、超級電容器等,它們分別應用于光伏發電的不同場景和產品中。

軍事領域

鉛酸蓄電池仍然是當今世界各國常規潛艇最普遍使用的蓄電池,因為它具有技術成熟、性能可靠和制造成本低等優勢。然而,現代潛艇用鉛酸蓄電池存在充電時間長、高倍率充放電效率不高、比能量和比功率不高的缺點。因此,需要開發更先進的鉛酸電池,以滿足潛艇機動作戰的需求,并提高和完善常規潛艇的戰術使命。

燃料電池在無人機和潛艇中的應用也得到了討論。美國航空航天局研制的無人駕駛飛機太陽神號使用燃料電池作為動力,創造了世界飛行高度的紀錄。波音公司與美國國防高級研究計劃局簽訂了無人機燃料電池動力系統開發合同,旨在延長無人機的連續飛行時間。西門子股份公司燃料電池在德國AIP系統潛艇上的應用也較為成熟。

此外,鋰離子電池已成為美軍標準電池系列之一。美國Yardney公司為水下軍事裝備研制了三款鋰離子動力電池,包括UUV電池系統、75kW級電動魚雷用鋰離子電池和袖珍潛艇用高性能鋰離子電池系統。這些電池具有高能量密度和優秀的充放電性能,適用于各種水下軍事裝備。

電動汽車領域

fcv是以車載電池為動力,依靠大功率電動機提供動力的新型交通工具,具有污染小、能量利用率高、使用維修方便等優點。電動汽車分為純電動汽車(EV)、混合式電動汽車(HEV)和燃料電池電動汽車(FCEV)三大類,其中EV的動力來自于各種蓄電池,HEV的動力來源于兩種或兩種以上的不同能源,如蓄電池和汽油發動機LCK6180G,而PHEV的動力則來自燃料電池。

目前,大部分電動汽車的動力電池采用鉛酸蓄電池、鎳氫電池、鋰離子電池和燃料電池。其中,鉛酸蓄電池的技術最為成熟,但其能量密度和功率密度不高,不適合電動汽車的應用。鎳氫電池的綜合優勢最為明顯,已被國際知名汽車制造廠家如日本豐田汽車通用汽車和德國大眾等選用作為HEV的動力電池。鋰離子電池具有重量輕、單體電池電壓高等優點,是業內公認的動力汽車電池的新的發展方向,各大汽車企業均將鋰離子電池作為未來的發展重點。

在安全性、循環穩定性和生產成本等方面,鋰離子電池仍需進一步完善。盡管如此,鋰離子電池仍具有很大的發展前途,有可能在將來代替鎳氫電池組。

電動摩托車領域

世界各國著名摩托車廠家已經在積極研制開發電動摩托車,包括日本的雅馬哈本田技研工業等企業。我國一些摩托車企業也在積極為摩托車尋找更為環保的動力來源。目前,新大洲、春蘭、重慶嘉陵等摩托車廠商紛紛將目光投向極具優勢的鋰離子動力電池,正在與動力電池生產廠家共同開發電動摩托車。這種局面無疑給動力電池的未來市場創造了無限的商機。

發展趨勢

鉛酸蓄電池以其性能穩定的優點得到了廣泛應用,但是隨著鉛資源的減少以及鉛污染情況愈加嚴重,未來鉛酸蓄電池的使用量將會減少。而鎳氫電池已經大規模生產,其生產成本低、能量密度高、具有較強的競爭優勢。但是相對于鋰電池,鎳氫電池性能還較低,因此不是取代現有鉛酸蓄電池的最佳選擇。并且鋰電池具有體積能量比高、自放電率低、沒有記憶效應、循環使用次數多等優點,是一種綠色環保的能源電池。因而在大容量蓄電池應用范圍內成為了可取代鉛酸蓄電池的重要選擇。

從技術角度來看未來蓄電池系統發展將具有以下趨勢:

標準規范

美國電池標準(ANSI battery standards)

英國電池標準(BS battery standards)

德國電池標準(DIN battery standards)

歐洲電池標準(EN battery standards)

中國電池標準(GB battery standards)

IEC電池標準(IEC battery standards)

日本電池標準(JIS battery standards)

法國電池標準(NF battery standards)

相關公司

日立(HITACHI)

日立(HITACHI),是來自日本的全球500強綜合跨國集團,1979年便在北京成立了第一家日資企業的事務所。日立在中國已經發展成為擁有約150家公司的企業集團。

事業領域涉及能源系統、保障人們安全舒適出行的鐵路等交通系統,運用大數據進行創新的信息系統,以及通過健康管理、診斷、醫療技術等提供健康生活的醫療保健等等。

中國動力(600482)

公司前身為風帆股份有限公司(簡稱風帆股份,是全球技術門類最全、國內最大的動力裝備上市公司,涵蓋燃氣動力、蒸汽動力、化學動力、全電動力、柴油機動力、熱氣機動力、海洋核動力等動力及相關輔機配套。風帆股份公司是軍用起動鉛酸蓄電池的定點生產單位,多年來風帆股份公司引進了多條蓄電池專用生產線和檢測設備,年生產能力達到350萬KVAh。

天能股份(688819)

公司在全國五個省份共擁有10大電池生產基地,覆蓋多品類的鉛蓄電池及鋰離子電池的生產制造,鉛蓄動力電池生產能力全國領先。2019年11月,公司被國家工業和信息化部、中國工業經濟聯合會聯合認定為鉛蓄電池制造業單項冠軍示范企業,列入國家全球單項冠軍培育名單。

臥龍電驅(600580)

子公司浙江臥龍燈塔電源有限公司具有五十多年的鉛酸蓄電池生產歷史,具有較強的設計、開發能力,引進了瑞士愛立康公司國際先進的固定型閥控密封式鉛酸蓄電池的制造技術,并同時引進了美國、英國、意大利和瑞士等國的先進生產設備和德國迪卡龍公司的整套檢測設備,形成了每年6億的固定型閥控密封式鉛酸蓄電池的生產能力。

參考資料 >

光伏電站用儲能電池的發展現狀及應用前景綜述.百家號.2023-12-05

動力電池技術分析及應用領域.電池網.2023-12-05

日立中國歷史 (2021-).hitachi.2023-12-05

鉛酸蓄電池上市公司匯總.雪球.2023-12-05

《蓄電池》.bmcx.2023-12-05

【科普】一枚電池的前世今生:電池的發展與未來.微信公眾平臺.2023-12-05

技術角度看數據中心蓄電池系統發展趨勢.信息化觀察網.2023-12-05

電池200年發展簡史:發明靈感源自青蛙腿(圖).新浪科技.2023-12-05

鋰離子電池發展史(三).dreamgirls69.2023-12-05

鋰離子電池發展史(二).dreamgirls69.2023-12-05

「C位觀察」鋰電池專題:展望下一代鋰電池技術 | C位-36氪.36氪.2023-12-05

美國電池標準(ANSI battery standards).msckobe.2023-12-05

英國電池標準(BS battery standards).msckobe.2023-12-05

德國電池標準(DIN battery standards).msckobe.2023-12-05

歐洲電池標準(EN battery standards).msckobe.2023-12-05

中國電池標準(GB battery standards).msckobe.2023-12-05

IEC電池標準(IEC battery standards).msckobe.2023-12-05

日本電池標準(JIS battery standards).msckobe.2023-12-05

法國電池標準(NF battery standards).msckobe.2023-12-05

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