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快速了解各類電池性能及其應用細分場景

作者:中國儲能網新聞中心 來源:微鋰電 發布時間:2019-06-08 瀏覽:
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電池的突破受到眾多贊揚,為了吸引媒體和消費者的關注,各類新型超級電池也層出不窮。然而,電池行業應該保持理性,下面這篇文章通過關注電池的可靠性、經濟性、壽命和安全性,幫助大家了解電池的許多功能及其限制因素。

牽引車電池

輪椅、摩托車和高爾夫汽車大多使用鉛酸電池。盡管鉛酸很重,但它的工作原理相當好,而且只需適度的調整就可以轉換到其他系統中去。

雖然鋰離子電池比鉛酸電池更貴,但由于壽命更長,因此循環成本更低,相對于于鉛和鎳電池,它的另一個優勢是低維護。鋰離子電池可以在任何充電狀態下使用而不會產生副作用,相比之下,鎳鎘電池(NiCd)和鎳氫電池(NiMH)偶爾需要完全放電來防止其產生記憶,而鉛酸電池則需要飽和電荷來防止硫酸鹽。

除此之外,叉車也較多使用鉛酸電池。對于叉車來說,長時間的充電對倉庫是不利的,因為倉庫一天24小時都在運轉。也有些叉車裝有燃料電池,在車輛行駛時為電池充電,盡管燃料電池有較差的電力輸送,但是其需求也在緩慢上升。

其實理論上看說,輪式機械車輛越重,電池應用就越不合適,但這并不妨礙工程師們研究大型的電池系統以取代污染嚴重的內燃機。比如船舶港口的自動導引車輛(AGV)系統。AGV一天24小時都在運行,而且車輛不能被長時間的充電間隔所束縛,這是因為鋰離子電池部分解決了這一問題,這種更輕、充電速度更快的電池取代了10噸重、300kWh的超大鉛酸電池,但由于重量、充電時間和基礎設施的限制,超大型電池仍然有一定的局限性。


用于潛艇的超級電池

對于大型牽引系統,目前還沒有經濟的電池解決方案,燃燒化石燃料也是無法完全避免的事情。現代鋰離子電池可提供約150Wh/kg的能量,而化石燃料的凈熱值(NCV)超過12000wh /kg,從這點來看,電池的能量與化石燃料相比是微不足道的。但是應該承認,在節能減排的趨勢下,電池的應用仍然會有所增長。

電池航空

飛機上電池的職責是在輔助動力裝置(APU)關閉或飛行中的緊急情況下為導航和應急系統供電。這時電池為制動、地面操作和啟動APU提供動力,如果發動機發生故障,電池必須能夠提供30分鐘到3小時的能量,每架飛機必須有足夠的電池動力以便飛機安全著陸。在飛行過程中,電力由發電機提供,如果需要,可以斷開機上電池。

大多數商用客機使用泛濫的是鎳鎘電池。而小型飛機通常會使用鉛酸電池。雖然鉛酸比鎳鎘更重,但對維護的要求也更少。現代噴氣式戰斗機用鋰離子電池給噴氣發動機裝上了線軸,波音787夢幻客機也是如此。隨著機載功能從液壓轉向電動,飛機需要更大的電池。高能量密度的鋰離子電池比鎳鎘和鉛酸電池更能滿足這一需求。但是,意料之外的鋰離子電池故障可能會導致嚴重后果,促使飛機制造商重拾鎳鎘電池。不可否認的是,所有電池都可能發生故障,事實上也有關于鎳鎘合金熱失效的報道,且不少企業對于鋰離子電池能量密度的過度追求和安全性的忽視才是電池故障最重要的原因。


噴氣式戰斗機

雖然飛機上有許多不同的電池,但它們唯一的目的是啟動發動機,并在發動機關閉時提供備用電源。大型飛機將繼續使用化石燃料飛行,因為電池還不能用于推進引擎。小型電池驅動式飛機正嘗試將其用于飛行員訓練和短跳飛行,但這些目前只屬于實驗性的。

衛星電池

現在,鋰離子電池是衛星的首選電池,它重量輕,充電方便,經久耐用,循環良好,它的自放電低,幾乎不需要維護。

“好奇號”火星探測器使用了特殊設計的鋰鎳氧化物電池(LiNiCo),形成了8S2P結構(8個電池串聯,2個并聯),只有部分充電和放電才能延長壽命。美國國家航空航天局預計鋰離子電池可以使用7年,循環壽命為3.7萬次,而國防部的鋰離子電池使用壽命只有40%到60%。NASA實驗室揭示,壽命的終止與陽極SEI層的生長、陰極材料的損耗、導電路徑的損耗、金屬鋰的電鍍和電解質氧化有關。據了解,大型的140Ah鋰離子電池正在研發中,其使用壽命有望長達18年。

“好奇號”火星探測器

固定電池

對于儲能電池的選擇不應該只基于價格。總的來看,鉛酸電池適合只需要偶爾排放的工作,液流電池和鈉硫電池適用于需要集中放電的大型系統,而鋰離子電池則適用于每天多次快速充電且放電時間短的中小型系統。

從傳統來看,固定電池是鉛酸電池。因為對于電池的尺寸和重量要求不是十分嚴格,當很少放電時,鉛酸電池有限的循環次數不會造成問題。

暴露于高溫和低溫以及需要深度循環的應用程序通常使用鎳鎘電池。這種電池比鉛酸電池更堅固,但成本大約是鉛酸電池的四倍。鎳鎘電池是唯一一種可以在最小壓力下快速充電的電池。

除此之外還有鋰離子電池。鋰離子電池具有許多優點,但在低溫下性能不如鎳鎘和鉛酸電池。另一種正在回歸固定使用的電池是鎳鐵電池。發明家托馬斯·愛迪生(Thomas Edison)曾為電動汽車推廣鎳鐵電池,但由于成本高、自放電率高,鎳鐵最終輸給了鉛酸電池。現在對于這種電池的改進消除了其部分缺陷,它的超強耐用性重新引起了人們的興趣。

儲能系統(電網蓄電池)

風能和太陽能等可再生能源不能提供穩定的能源流,也不總是與用戶需求相協調。因此大型儲能系統(ESS)需要為其提供無縫服務。

近幾年來,儲能系統(ESS)從煤炭和石油轉向可再生資源的增長勢頭很強勁。據估計,到2021年,僅南非的ESS裝機容量就將達到1500MWh。其中應用的電化學電池有液流電池、鋰離子電池、鉛酸電池等。


鉛酸電池和鋰離子電池比較

由于鋰離子電池占地面積小、維護成本低、使用壽命長、負載均衡,因此很多儲能電站正逐漸向鋰離子電池發展。鋰離子不會像鉛酸一樣因周期性地充滿電而發生硫酸化,鋰離子電池還具有重量輕、便于在偏遠地區安裝的優點。而它的缺點也是顯而易見的,那就是價格高、低溫性能差,價格問題目前已經大幅度下降了,未來幾年還會繼續下降,但低溫性能差仍待解決,因為無法在冰點以下充電。

電池管理系統(BMS)將電池的電量保持在50%左右,以吸收大風帶來的能量,滿足高負載需求。現代的BMS可以在不到一秒的時間內從充電切換到放電。這有助于穩定輸電線路上的電壓,也稱為頻率調節。

關鍵字:鋰電池 儲能

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