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Comparação de baterias em sistema de armazenamento de energia
O armazenamento de energia do tipo bateria é o armazenamento de energia química.Pode ser dividida em bateria de chumbo-ácido, bateria de lítio, bateria de níquel-hidrogênio, bateria de fluxo líquido (bateria de vanádio), bateria de enxofre de sódio, bateria de chumbo-carbono, etc.

1. Bateria de chumbo-ácido
As baterias de chumbo-ácido incluem colóides e líquidas (a chamada bateria de chumbo-ácido comum).Esses dois tipos de baterias são usados ​​de acordo com diferentes regiões.A bateria coloidal tem forte resistência ao frio e sua eficiência energética de trabalho é muito melhor do que a da bateria líquida quando a temperatura está abaixo de 15 ° C, e seu desempenho de isolamento térmico é excelente.

A bateria coloidal de chumbo-ácido é uma melhoria em relação à bateria comum de chumbo-ácido com eletrólito líquido.O eletrólito coloidal é utilizado para substituir o eletrólito de ácido sulfúrico, que é melhor que a bateria comum em termos de segurança, capacidade de armazenamento, desempenho de descarga e vida útil.A bateria coloidal de chumbo-ácido adota eletrólito em gel e não há líquido livre em seu interior.Sob o mesmo volume, o eletrólito tem grande capacidade, grande capacidade de calor e forte capacidade de dissipação de calor, o que pode evitar o fenômeno de fuga térmica das baterias em geral;A corrosão da placa do eletrodo é fraca devido à baixa concentração de eletrólito;A concentração é uniforme e não há estratificação eletrolítica.

A bateria comum de chumbo-ácido é um tipo de bateria cujo eletrodo é feito principalmente de chumbo e seu óxido, e o eletrólito é uma solução de ácido sulfúrico.No estado de descarga da bateria de chumbo-ácido, o principal componente do eletrodo positivo é o dióxido de chumbo, e o principal componente do eletrodo negativo é o chumbo;No estado de carga, os principais componentes dos eletrodos positivos e negativos são o sulfato de chumbo.A tensão nominal de uma bateria de chumbo-ácido de célula única é de 2,0 V, que pode ser descarregada até 1,5 V e carregada até 2,4 V;Na aplicação, seis baterias de chumbo-ácido de célula única são frequentemente usadas em série para formar uma bateria de chumbo-ácido nominal de 12V, bem como 24V, 36V, 48V, etc.

Suas vantagens incluem principalmente: vedação segura, sistema de liberação de ar, manutenção simples, longa vida útil, qualidade estável, alta confiabilidade e livre de manutenção;A desvantagem é que a poluição por chumbo é grande e a densidade energética é baixa (ou seja, muito pesada).

2. Bateria de lítio
"Bateria de lítio" é um tipo de bateria com metal de lítio ou liga de lítio como material catódico e solução eletrolítica não aquosa.É dividido em duas categorias: bateria de metal de lítio e bateria de íon de lítio.

A bateria de metal de lítio geralmente usa dióxido de manganês como material catódico, lítio metálico ou sua liga metálica como material catódico e usa solução eletrolítica não aquosa.As baterias de íon de lítio geralmente usam óxidos metálicos de liga de lítio como materiais catódicos, grafite como materiais catódicos e eletrólitos não aquosos.As baterias de íon de lítio não contêm lítio metálico e podem ser recarregadas.A bateria de lítio que usamos no armazenamento de energia é uma bateria de íon de lítio, conhecida como "bateria de lítio".

As baterias de lítio usadas no sistema de armazenamento de energia incluem principalmente: bateria de fosfato de ferro-lítio, bateria ternária de lítio e bateria de manganato de lítio.A bateria única possui alta tensão, ampla faixa de temperatura de trabalho, alta energia e eficiência específicas e baixa taxa de autodescarga.A segurança e a vida útil podem ser melhoradas usando circuitos de proteção e equalização.Portanto, considerando as vantagens e desvantagens de várias baterias, as baterias de lítio tornaram-se a primeira escolha para centrais elétricas de armazenamento de energia devido à sua cadeia industrial relativamente madura, segurança, confiabilidade e respeito ao meio ambiente.

Suas principais vantagens são: longa vida útil, alta densidade de energia de armazenamento, peso leve e forte adaptabilidade;As desvantagens são pouca segurança, fácil explosão, alto custo e condições de uso limitadas.

Fosfato de ferro-lítio
Bateria de fosfato de ferro-lítio refere-se à bateria de íon de lítio que usa fosfato de ferro-lítio como material catódico.Os materiais catódicos das baterias de íon de lítio incluem principalmente cobalato de lítio, manganato de lítio, óxido de níquel-lítio, materiais ternários, fosfato de ferro-lítio, etc. O cobalato de lítio é o material catódico usado pela maioria das baterias de íon de lítio.

O fosfato de ferro-lítio como material de bateria de lítio só apareceu nos últimos anos.Foi em 2005 que uma bateria de fosfato de ferro-lítio de grande capacidade foi desenvolvida na China.Seu desempenho de segurança e ciclo de vida são incomparáveis ​​com outros materiais.O ciclo de vida de carga e descarga 1C chega a 2.000 vezes.A tensão de sobrecarga de uma única bateria é de 30V, que não queima e a perfuração não explode.Baterias de íon de lítio com grande capacidade feitas de materiais catódicos de fosfato de ferro-lítio são mais fáceis de serem usadas em série para atender às necessidades de carga e descarga frequentes de veículos elétricos.

O fosfato de ferro-lítio é uma matéria-prima não tóxica, livre de poluição, segura e de ampla origem, barato, de longa vida e outras vantagens.É um material catódico ideal para baterias de íon de lítio de nova geração.A bateria de fosfato de ferro-lítio também tem suas desvantagens.Por exemplo, a densidade de compactação do material do cátodo de fosfato de ferro-lítio é pequena e o volume da bateria de fosfato de ferro-lítio com igual capacidade é maior do que as baterias de íon de lítio, como o cobalato de lítio, portanto, não apresenta vantagens em microbaterias.

Devido às características inerentes do fosfato de ferro-lítio, seu desempenho em baixas temperaturas é inferior a outros materiais catódicos, como o manganato de lítio.Em geral, para uma única célula (observe que é uma única célula em vez de uma bateria), o desempenho medido em baixa temperatura da bateria pode ser um pouco maior,

Isso está relacionado às condições de dissipação de calor), sua taxa de retenção de capacidade é de cerca de 60 ~ 70% a 0 ℃, 40 ~ 55% a - 10 ℃ e 20 ~ 40% a - 20 ℃.Esse desempenho em baixas temperaturas obviamente não pode atender aos requisitos de uso da fonte de alimentação.Atualmente, alguns fabricantes melhoraram o desempenho em baixa temperatura do fosfato de ferro-lítio, melhorando o sistema eletrolítico, melhorando a fórmula do eletrodo positivo, melhorando o desempenho do material e melhorando o design da estrutura celular.

Bateria ternária de lítio
Bateria de polímero de lítio ternário refere-se à bateria de lítio cujo material do cátodo é material de cátodo ternário de lítio-níquel-cobalto manganato (Li (NiCoMn) O2).O material catódico composto ternário é feito de sal de níquel, sal de cobalto e sal de manganês como matéria-prima.A proporção de níquel, cobalto e manganês na bateria ternária de polímero de lítio pode ser ajustada de acordo com as necessidades reais.A bateria com material ternário como cátodo tem alta segurança em comparação com a bateria de lítio-cobalto, mas sua tensão é muito baixa.

Suas principais vantagens são: bom desempenho do ciclo;A desvantagem é que o uso é limitado.No entanto, devido ao endurecimento das políticas nacionais em matéria de baterias ternárias de lítio, o desenvolvimento de baterias ternárias de lítio tende a abrandar.

Bateria de manganato de lítio
A bateria de manganato de lítio é um dos materiais catódicos de íon de lítio mais promissores.Comparado com materiais catódicos tradicionais, como cobalato de lítio, o manganato de lítio tem as vantagens de recursos ricos, baixo custo, sem poluição, boa segurança, bom desempenho de multiplicação, etc.No entanto, o seu fraco desempenho do ciclo e a estabilidade eletroquímica limitam enormemente a sua industrialização.O manganato de lítio inclui principalmente manganato de lítio espinélio e manganato de lítio em camadas.O manganato de lítio espinélio tem uma estrutura estável e é fácil de realizar a produção industrial.Os produtos do mercado atual são todos dessa estrutura.O manganato de lítio espinélio pertence ao sistema de cristal cúbico, grupo espacial Fd3m, e a capacidade específica teórica é de 148mAh/g.Devido à estrutura tridimensional do túnel, os íons de lítio podem ser reversivelmente incorporados na rede do espinélio sem causar o colapso da estrutura, por isso tem excelente desempenho de ampliação e estabilidade.

3. Bateria NiMH
A bateria NiMH é um tipo de bateria com bom desempenho.A substância ativa positiva da bateria de níquel-hidrogênio é Ni (OH) 2 (chamado eletrodo de NiO), a substância ativa negativa é o hidreto metálico, também chamado de liga de armazenamento de hidrogênio (chamado eletrodo de armazenamento de hidrogênio), e o eletrólito é solução de hidróxido de potássio 6mol / L .

A bateria de níquel-hidreto metálico é dividida em bateria de níquel-hidreto metálico de alta tensão e bateria de níquel-hidreto metálico de baixa tensão.

A bateria de níquel-hidreto metálico de baixa tensão tem as seguintes características: (1) A tensão da bateria é de 1,2 ~ 1,3 V, o que é equivalente à bateria de níquel-cádmio;(2) Alta densidade de energia, mais de 1,5 vezes a da bateria de níquel-cádmio;(3) Carregamento e descarga rápidos, bom desempenho em baixas temperaturas;(4) Selável, forte sobrecarga e resistência à descarga;(5) Sem geração de cristais dendríticos, o que pode evitar curto-circuito na bateria;(6) Seguro e confiável, sem poluição ao meio ambiente, sem efeito memória, etc.

A bateria de níquel-hidrogênio de alta tensão possui as seguintes características: (1) Forte confiabilidade.Possui boa proteção contra descarga excessiva e sobrecarga, pode suportar altas taxas de descarga de carga e não tem formação de dendritos.Possui boas propriedades específicas.Sua capacidade de massa específica é de 60A·h/kg, o que é 5 vezes maior que a da bateria de níquel-cádmio.(2) Ciclo de vida longo, até milhares de vezes.(3) Totalmente selado, menos manutenção.(4) O desempenho em baixas temperaturas é excelente e a capacidade não muda significativamente a -10 ℃.

As principais vantagens da bateria NiMH são: alta densidade de energia, velocidade rápida de carga e descarga, peso leve, longa vida útil, sem poluição ambiental;As desvantagens são um leve efeito de memória, mais problemas de gerenciamento e fácil formação do derretimento do separador de bateria única.

4. Célula de fluxo
A bateria de fluxo líquido é um novo tipo de bateria.A bateria de fluxo líquido é uma bateria de alto desempenho que usa eletrólito positivo e negativo para separar e circular separadamente.Possui características de alta capacidade, amplo campo de aplicação (meio ambiente) e longo ciclo de vida.É um novo produto energético atualmente.

A bateria de fluxo líquido é geralmente usada no sistema de usina de armazenamento de energia, que consiste em unidade de pilha, solução eletrolítica e unidade de armazenamento e fornecimento de solução eletrolítica, unidade de controle e gerenciamento, etc. composto por dezenas de células para reação de redução de oxidação) e uma única célula para carga e descarga de acordo com requisitos específicos em série, e sua estrutura é semelhante à de uma pilha de células de combustível.

A bateria de fluxo de vanádio é um novo tipo de armazenamento de energia e equipamento de armazenamento de energia.Ele não só pode ser usado como um dispositivo de armazenamento de energia de suporte para processos de geração de energia solar e eólica, mas também pode ser usado para redução de pico da rede elétrica para melhorar a estabilidade da rede elétrica e garantir a segurança da rede elétrica.Suas principais vantagens são: layout flexível, ciclo de vida longo, tempos de resposta rápidos e ausência de emissões nocivas;A desvantagem é que a densidade de energia varia muito.

5. Bateria de enxofre de sódio
A bateria de enxofre de sódio é composta de pólo positivo, pólo negativo, eletrólito, diafragma e invólucro.Ao contrário das baterias secundárias comuns (baterias de chumbo-ácido, baterias de níquel-cádmio, etc.), a bateria de enxofre de sódio é composta de eletrodo fundido e eletrólito sólido.A substância ativa do pólo negativo é o sódio metálico fundido, e a substância ativa do pólo positivo é o enxofre líquido e o polissulfeto de sódio fundido.Bateria secundária com sódio metálico como eletrodo negativo, enxofre como eletrodo positivo e tubo cerâmico como separador de eletrólito.Sob um certo grau de trabalho, os íons de sódio podem reagir reversivelmente com o enxofre através da membrana eletrolítica para formar liberação e armazenamento de energia.

Como um novo tipo de fonte de energia química, este tipo de bateria foi bastante desenvolvido desde que surgiu.A bateria de enxofre de sódio é pequena em tamanho, grande capacidade, longa vida útil e alta eficiência.É amplamente utilizado no armazenamento de energia elétrica, como redução de picos e enchimento de vales, fornecimento de energia de emergência e geração de energia eólica.

Suas principais vantagens são as seguintes: 1) Possui maior energia específica (ou seja, a energia elétrica efetiva por unidade de massa ou unidade de volume da bateria).Sua energia específica teórica é de 760Wh/Kg, que na verdade excedeu 150Wh/Kg, 3-4 vezes maior que a da bateria de chumbo-ácido.2) Ao mesmo tempo, pode descarregar com grande corrente e alta potência.Sua densidade de corrente de descarga geralmente pode atingir 200-300mA/cm2 e pode liberar 3 vezes sua energia inerente em um instante;3) Alta eficiência de carga e descarga.

A bateria de sódio e enxofre também apresenta deficiências.Sua temperatura de trabalho é de 300-350 ℃, portanto a bateria precisa ser aquecida e mantida aquecida durante a operação.No entanto, este problema pode ser efetivamente resolvido usando tecnologia de isolamento térmico a vácuo de alto desempenho.

6. Bateria de chumbo-carbono
A bateria de chumbo-carbono é um tipo de bateria capacitiva de chumbo-ácido, que é uma tecnologia desenvolvida a partir da bateria tradicional de chumbo-ácido.Pode melhorar significativamente a vida útil da bateria de chumbo-ácido adicionando carbono ativo ao pólo negativo da bateria.

A bateria de chumbo-carbono é um novo tipo de superbateria, que combina a bateria de chumbo-ácido e o supercapacitor: ela não apenas aproveita as vantagens do carregamento instantâneo de grande capacidade do supercapacitor, mas também aproveita a energia específica vantagem da bateria de chumbo-ácido e tem desempenho de carga e descarga muito bom - pode ser totalmente carregada em 90 minutos (se a bateria de chumbo-ácido for carregada e descarregada dessa forma, sua vida útil será inferior a 30 vezes).Além disso, devido à adição de carbono (grafeno), evita-se o fenômeno de sulfatação do eletrodo negativo, o que melhora um fator de falha da bateria no passado e prolonga a vida útil da bateria.

A bateria de chumbo-carbono é uma mistura de supercapacitor assimétrico e bateria de chumbo-ácido na forma de conexão paralela interna.Como um novo tipo de superbateria, a bateria de chumbo-carbono é uma combinação das tecnologias de bateria de chumbo-ácido e supercapacitor.É uma bateria de armazenamento de energia de dupla função com características capacitivas e características da bateria.Portanto, ele não apenas aproveita ao máximo as vantagens do carregamento instantâneo de energia do supercapacitor com grande capacidade, mas também aproveita ao máximo as vantagens energéticas das baterias de chumbo-ácido, que podem ser totalmente carregadas em uma hora.Tem bom desempenho de carga e descarga.Devido ao uso da tecnologia de chumbo-carbono, o desempenho da bateria de chumbo-carbono é muito superior ao da bateria tradicional de chumbo-ácido, que pode ser usada em novos veículos energéticos, como veículos elétricos híbridos, bicicletas elétricas e outros campos;Também pode ser usado na área de armazenamento de novas energias, como geração de energia eólica e armazenamento de energia.