Конкурс аккумуляторов энергии

Введение: с развитием индустрии возобновляемых источников энергии и электромобилей технологии и промышленность по хранению энергии высоко ценятся во всех странах. Исследования и разработки различных новых технологий электрохимических аккумуляторных батарей постоянно развиваются. Среди них более типичные жидкостные батареи, литиево-серные и литий-воздушные батареи и т. Д., Но их технологическое развитие сталкивается с некоторыми практическими проблемами.

В настоящее время основные международные технологии хранения химической энергии включают натриево-серную батарею, литиевую батарею, жидкостную батарею, свинцово-кислотную батарею, литий-железо-фосфатную батарею и т. Д. Чжан Хуамин, научный сотрудник Даляньского института химической физики Китайской академии наук, сказал, что с развитием индустрии возобновляемых источников энергии и электромобилей технологии и промышленность хранения энергии высоко ценятся во всех странах, а исследования и разработки различных новых технологий электрохимических аккумуляторов энергии постоянно прогрессируют. Среди них более типичные жидкостные батареи, литиево-серные и литий-воздушные батареи и т. Д., Но их технологическое развитие сталкивается с некоторыми практическими проблемами.

Технология накопления энергии в жидкостных батареях

Батарея с жидкостным потоком представляет собой электрохимическое устройство хранения энергии, которое может осуществлять взаимное преобразование электрической энергии и химической энергии посредством РЕДОКС-реакции жидкого активного вещества. Благодаря своей независимой мощности и емкости, глубине заряда и разряда, хорошей безопасности и другим выдающимся преимуществам, он стал одним из лучших вариантов в области хранения энергии.

С момента изобретения жидкостного проточного аккумулятора в 1970-х годах он реализовал сотни проектов от лаборатории к предприятию, от прототипа до стандартного продукта, от демонстрационного приложения до коммерческого продвижения, от малого до большого масштаба, от единственного до комплексного назначения, с общая установленная мощность около 40 МВт.

Батарея полного потока ванадия с установленной мощностью 35 мВт является наиболее широко используемой батареей протока жидкости. При технической поддержке Даляньского института химической физики Китайской академии наук, компании Dalian Rongke Energy Storage Technology Development Co., LTD. (далее именуемый как накопитель энергии Rongke) сотрудничал с Даляньским институтом химической физики для реализации локализации и крупномасштабного производства основных материалов для полностью ванадиевых жидкостных батарей. Электролитные продукты экспортируются в Японию, Южную Корею, США, Германию и Великобританию. Высокая селективность, долговечность и низкая стоимость разработанной нефторированной мембраны с ионной проводимостью лучше, чем ионообменная мембрана с перфторированной сульфоновой кислотой, а цена составляет всего 10% от последней, что действительно позволяет преодолеть «узкое место в стоимости» полностью ванадиевая проточная батарея.

Благодаря оптимизации конструкции и применению новых материалов, номинальная плотность тока электрических свай ванадиевых батарей увеличилась с исходных 80 мА / c ㎡ до 120 ㎡, а мА / c сохранили ту же производительность, затраты на электроэнергию упали почти на 30%, спецификация одиночной сваи составила 32 кВт, экспортировался в США и Германию. В мае 2013 года крупнейшая в мире система хранения энергии с использованием ванадиевых аккумуляторов мощностью 5 мегаватт / 10 мегаватт-часов была успешно подключена к электросети на ветряной электростанции мощностью 50 мегаватт в Гуодиан Лунъюань Ниуши. С тех пор проект по хранению энергии 3 МВт / 6 МВт-час для подключения к ветровой электросети в Цзиньчжоу и проект по хранению энергии 2 МВт / 4 МВт-час для Гуодиан и ветра также являются важными примерами для Китая для изучения бизнес-модели хранения энергии.

Еще одним лидером в области полностью ванадиевых проточных батарей является Sumitomo Electric. Компания возобновила производство жидкостных аккумуляторных батарей в 2010 году и построит в 2015 году полностью ванадиевую жидкостную аккумуляторную электростанцию мощностью 15 мегаватт / 60 мегаватт-часов, чтобы решить проблему регулирования пиковой нагрузки и давления на качество электроэнергии, вызванное большими энергозатратами. масштабное подключение к сети солнечной электростанции на Хоккайдо. Успешная реализация этого проекта станет еще одной вехой в области производства полностью ванадиевых жидкостных батарей. В 2014 году UniEnergyTechnologies, LLC (UET) при поддержке Министерства энергетики США и Вашингтонского фонда экологически чистой энергии установила систему хранения энергии с полнопоточной ванадиевой батареей мощностью 3 МВт / 10 МВт. В этом проекте UET впервые применит свою технологию смешанного кислотного электролита, которая увеличит удельную энергию примерно на 40%, расширит температурный диапазон и диапазон напряжений для полностью ванадиевых проточных батарей и снизит потребление энергии при управлении температурным режимом.

В настоящее время важной задачей является повышение энергоэффективности и системной надежности жидкостных аккумуляторных батарей и снижение их стоимости. Ключевыми технологиями являются разработка высокоэффективных аккумуляторных материалов, оптимизация конструкции аккумуляторной батареи и снижение внутреннего сопротивления. Недавно Чжан Хуа и его команда благодаря инновациям в материалах и структуре аккумуляторов сделали общую проточную ванадиевую батарею в одной батарее в 80 мА / c ㎡ плотность рабочего тока, энергоэффективность заряда и разряда увеличилась до 93% с 81% a. Несколько лет назад полностью доказали, что у него широкий простор для развития и перспективы.

Литий-серная аккумуляторная технология

В последние годы традиционная технология литий-ионных аккумуляторов постоянно прогрессирует, но удельная энергия аккумулятора все еще не может соответствовать требованиям приложения, а аккумуляторная технология по-прежнему остается самым узким местом в разработке портативных электронных устройств и электромобилей. . Чтобы реализовать инновационный прорыв в технологии батарей с высокой удельной энергией, исследователи выбрали прорывное направление, например, литий-серные батареи с более высокой плотностью энергии, воздушно-литиевые батареи и другие металло-воздушные батареи, и добились определенного прогресса. Некоторые новые аккумуляторные технологии уже показывают многообещающие перспективы.

Литий-серная батарея представляет собой батарею с серным элементом в качестве положительного электрода и металлическим литием в качестве отрицательного электрода. Его теоретическая удельная плотность энергии может достигать 2600 Втч / кг, а фактическая плотность энергии может достигать 450 Втч / кг. В то же время сера дешевая, распространенная и экологически чистая, что ближе всего к индустриализации технологии батарей с высокой удельной энергией.

На международном уровне к представителям исследований и разработок литиевых и серных батарей относятся SionPower, Polyplus, Moltech из США, Oxis из Великобритании и Samsung из Южной Кореи и т. Д., Среди которых SionPower является наиболее представительным. В 2010 году SionPower применила литий-серную батарею для беспилотных летательных аппаратов (БПЛА). Батарея заряжалась от солнечных элементов в дневное время и разряжалась ночью для обеспечения питания, что стало рекордом для беспилотного летательного аппарата - 14 дней подряд. Это успешный пример применения литиево-серной батареи. В Китае исследования литий-серных батарей в основном сосредоточены в Даляньском институте химических соединений Китайской академии наук, Китайском институте химической профилактики и исследований, Пекинском технологическом институте и других исследовательских учреждениях. В настоящее время литиево-серные батареи, разработанные в Китае, занимают лидирующие позиции в мире по плотности энергии (> 450 Втч / кг), но после десятков нормальных периодов зарядки и разрядки плотность энергии значительно снизилась, и его жизненный цикл необходимо срочно улучшить.

Литий-серные батареи - одна из самых передовых технологий в мире. Как увеличить срок службы и безопасность батареи будет ключом к промышленному развитию литий-серных батарей.

Технология металлических воздушных батарей

В настоящее время металлические воздушные батареи, особенно литий-воздушные, привлекли большое внимание и достигли большого прогресса.

В литий-воздушной батарее металлический литий используется в качестве отрицательного электрода, а кислород воздуха - в качестве активного материала положительного электрода. Теоретическая плотность энергии батареи составляет около 3500 Втч / кг, что в 10 раз больше, чем у литий-ионных батарей, и близко к плотности бензина. С учетом потенциальных перспектив применения литий-воздушных батарей многие страны мира провели соответствующие исследовательские работы. IBM работает над проектом «Аккумулятор 500», цель которого - обеспечить электромобилям запас хода в 500 миль без подзарядки. Добавление таких предприятий, как японская компания asahi chemical, будет способствовать исследованиям диафрагмы и электролита.

Концепция литий-воздушной батареи не совсем нова и была впервые предложена исследователями Lockheed в 1976 году. В 1996 году Abraham et al. предложил систему органических электролитов, положившую начало новой ситуации в изучении литий-воздушных аккумуляторов. В настоящее время исследования литий-воздушных аккумуляторов в основном сосредоточены на положительном электроде, который напрямую определяет производительность аккумулятора. По плотности энергии наиболее представительным материалом является графен. Исследователи из национальной лаборатории Тихоокеанского северо-запада в США разработали слоистый графеновый материал с пузырьковой структурой, которая обеспечивает удельную разрядную емкость около 15000 мАч / г, что намного превышает емкость существующих литий-ионных аккумуляторов.

Однако кислородсодержащие промежуточные продукты, образующиеся в процессе зарядки и разрядки литий-воздушной батареи, будут вступать в химические реакции с углеродными материалами и электролитами, что приведет к образованию большого количества побочных продуктов (таких как карбонат лития и т. Д.). ), что сильно влияет на цикл работы аккумулятора и является узким местом, ограничивающим его развитие. Брюс и др. на положительный электрод нанесено пористое золото и карбид титана, которые могут эффективно ингибировать побочные реакции, а степень удерживания 100 циклов превышает 95%.

Высокая плотность энергии является основным преимуществом литий-воздушной батареи, а стабильность при работе на велосипеде является ключевой и сложной проблемой при ее разработке. С другой стороны, очистка металлического лития, защита литиевого анода и ингибирование дендритов во время зарядки и разрядки, разработка высокоактивных положительных каталитических компонентов и селективной кислородопроницаемой мембраны, а также технология интеграции конструкции конструкции батареи - все это проблемы, которые необходимо эффективно решать. решается в практическом процессе.

Страница содержит содержимое машинного перевода.