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Comparação de baterias em sistema de armazenamento de energia
O armazenamento de energia do tipo bateria é um 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. de acordo com o tipo de bateria selecionada.

1. Bateria de chumbo-ácido
As baterias de chumbo-ácido incluem colóide e líquido (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 de chumbo-ácido coloidal é uma melhoria na bateria de chumbo-ácido comum com eletrólito líquido.O eletrólito coloidal é usado para substituir o eletrólito de ácido sulfúrico, que é melhor do que a bateria comum em termos de segurança, capacidade de armazenamento, desempenho de descarga e vida útil.A bateria de chumbo-ácido coloidal adota eletrólito de gel e não há líquido livre no 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 de 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 do eletrólito.

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 carregamento, os principais componentes dos eletrodos positivos e negativos são sulfato de chumbo.A tensão nominal de uma bateria de chumbo-ácido de célula única é de 2,0 V, que pode ser descarregada em 1,5 V e carregada em 2,4 V;Na aplicação, seis baterias de chumbo-ácido de célula única são freqüentemente usadas em série para formar uma bateria nominal de chumbo-ácido 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 de chumbo é grande e a densidade de energia 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 de cátodo e solução eletrolítica não aquosa.É dividida em duas categorias: bateria de lítio metálico e bateria de íon de lítio.

Bateria de metal de lítio geralmente usa dióxido de manganês como material de cátodo, lítio metálico ou sua liga de metal como material de cátodo e usa solução eletrolítica não aquosa.As baterias de íon de lítio geralmente usam óxidos metálicos de liga de lítio como materiais de cátodo, grafite como materiais de cátodo 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 e lítio, bateria ternária de lítio e bateria de manganato de lítio.A bateria única tem alta tensão, ampla faixa de temperatura de trabalho, alta energia específica e eficiência 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 usinas 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 baixa segurança, explosão fácil, alto custo e condições de uso limitadas.

Fosfato de ferro e lítio
Bateria de fosfato de ferro e lítio refere-se à bateria de íon de lítio que usa fosfato de ferro e lítio como material do cátodo.Os materiais do cátodo das baterias de íon-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 do cátodo usado pela maioria das baterias de íon-lítio.

O fosfato de ferro e lítio como material de bateria de lítio apareceu apenas nos últimos anos.Foi em 2005 que uma bateria de fosfato de ferro e 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 1C de carga e descarga atinge 2000 vezes.A tensão de sobrecarga de uma única bateria é de 30V, que não queima e perfura não explode.As baterias de íon de lítio com grande capacidade feitas de materiais de cátodo de fosfato de ferro e lítio são mais fáceis de serem usadas em série para atender às necessidades de carregamento e descarregamento frequentes de veículos elétricos.

Fosfato de ferro de lítio é não tóxico, livre de poluição, seguro, matérias-primas amplamente obtidas, barato, longa vida e outras vantagens.É um material de cátodo ideal para baterias de íon de lítio de nova geração.A bateria de fosfato de ferro e lítio também tem suas desvantagens.Por exemplo, a densidade de compactação do material do cátodo de fosfato de ferro e lítio é pequena e o volume da bateria de fosfato de ferro e lítio com capacidade igual é maior do que as baterias de íon de lítio, como o cobalato de lítio, por isso não tem vantagens em microbaterias.

Devido às características inerentes do fosfato de ferro e lítio, seu desempenho em baixa temperatura 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 a 70% a 0 ℃, 40 a 55% a - 10 ℃ e 20 a 40% a - 20 ℃.Tal desempenho de baixa temperatura obviamente não pode atender aos requisitos de uso da fonte de alimentação.Atualmente, alguns fabricantes melhoraram o desempenho de baixa temperatura do fosfato de ferro e lítio, melhorando o sistema de eletrólito, melhorando a fórmula do eletrodo positivo, melhorando o desempenho do material e melhorando o design da estrutura da célula.

Bateria ternária de lítio
Bateria de polímero ternário de lítio refere-se à bateria de lítio cujo material de cátodo é de lítio, níquel, cobalto, manganato (Li (NiCoMn) O2) material de cátodo ternário.O material de cátodo composto ternário é feito de sal de níquel, sal de cobalto e sal de manganês como matérias-primas.A proporção de níquel, cobalto e manganês na bateria de polímero ternário 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 cobalto de lítio, 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 aperto das políticas domésticas sobre baterias ternárias de lítio, o desenvolvimento de baterias ternárias de lítio tende a desacelerar.

bateria de manganato de lítio
A bateria de manganato de lítio é um dos materiais de cátodo de íon de lítio mais promissores.Comparado com os materiais catódicos tradicionais, como o cobalato de lítio, o manganato de lítio tem as vantagens de recursos ricos, baixo custo, sem poluição, boa segurança, bom desempenho de multiplicação, etc. É um material catódico ideal para baterias de energia.No entanto, seu baixo desempenho de ciclo e estabilidade eletroquímica limitam muito sua industrialização.O manganato de lítio inclui principalmente manganato de lítio espinélio e manganato de lítio em camadas.O manganato de espinela de lítio tem uma estrutura estável e é fácil de realizar a produção industrial.Os produtos do mercado de hoje 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 desintegrados reversivelmente da rede espinélio sem causar o colapso da estrutura, por isso tem excelente desempenho e estabilidade de ampliação.

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 (chamada de eletrodo de NiO), a substância ativa negativa é o hidreto de metal, também chamada de liga de armazenamento de hidrogênio (chamada de eletrodo de armazenamento de hidrogênio) e o eletrólito é a solução de hidróxido de potássio 6mol/L.

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

A bateria de hidreto metálico de níquel de baixa voltagem tem as seguintes características: (1) A voltagem da bateria é de 1,2~1,3 V, 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) Carga e descarga rápidas, bom desempenho em baixa temperatura;(4) Selável, forte sobrecarga e resistência à descarga;(5) Sem geração de cristal dendrítico, o que pode evitar curto-circuito na bateria;(6) Seguro e confiável, sem poluição ao meio ambiente, sem efeito de memória, etc.

A bateria de hidrogênio de níquel de alta tensão tem as seguintes características: (1) Forte confiabilidade.Tem boa proteção contra descarga e sobrecarga, pode suportar alta taxa de descarga de carga e não tem formação de dendritos.Tem boa propriedade específica.Sua capacidade de massa específica é de 60A · h/kg, 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 baixa temperatura é excelente e a capacidade não muda significativamente a -10 ℃.

As principais vantagens da bateria NiMH são: alta densidade de energia, carregamento rápido e velocidade de 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.Tem as características de alta capacidade, amplo campo de aplicação (ambiente) e longo ciclo de vida.É um novo produto de energia no momento.

A bateria de fluxo líquido é geralmente usada no sistema de usina de armazenamento de energia, que consiste em unidade de pilha, solução de eletrólito e unidade de armazenamento e fornecimento de solução de eletrólito, unidade de controle e gerenciamento, etc.

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 corte 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 nenhuma emissão nociva;A desvantagem é que a densidade de energia varia muito.

5. Bateria de enxofre de sódio
A bateria de sódio e enxofre é composta de polo positivo, polo negativo, eletrólito, diafragma e invólucro.Ao contrário das baterias secundárias comuns (baterias de chumbo-ácido, baterias de níquel-cádmio, etc.), a bateria de sódio e enxofre 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 o metal sódio 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 do eletrólito para formar liberação e armazenamento de energia.

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

Suas principais vantagens são: 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 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 de 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 ℃, então a bateria precisa ser aquecida e mantida quente durante a operação.No entanto, esse problema pode ser efetivamente resolvido usando a tecnologia de isolamento térmico a vácuo de alto desempenho.

6. Bateria de carbono de chumbo
A bateria de chumbo-carbono é um tipo de bateria capacitiva de chumbo-ácido, que é uma tecnologia desenvolvida a partir da tradicional bateria 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 vantagem de energia específica da bateria de chumbo-ácido e tem muito bom desempenho de carga e descarga - pode ser totalmente carregada em 90 minutos (se a bateria de chumbo-ácido for carregada e descarregada dessa maneira, sua vida útil é inferior a 30 vezes).Além disso, devido à adição de carbono (grafeno), o fenômeno de sulfatação do eletrodo negativo é evitado, 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 super bateria, 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 função dupla com características capacitivas e características de bateria.Portanto, ele não apenas oferece todas as vantagens do carregamento instantâneo de energia do super capacitor com grande capacidade, mas também oferece todas as vantagens energéticas das baterias de chumbo-ácido, que podem ser totalmente carregadas em uma hora.Tem bom desempenho de carregamento e descarga.Devido ao uso da tecnologia de chumbo-carbono, o desempenho da bateria de chumbo-carbono é muito superior ao da bateria de chumbo-ácido tradicional, que pode ser usada em veículos de nova energia, como veículos elétricos híbridos, bicicletas elétricas e outros campos;Também pode ser usado no campo de armazenamento de energia nova, como geração de energia eólica e armazenamento de energia.