Verschiedene Batterietypen haben bei der Energiespeicherung unterschiedliche Auswirkungen. Die Welt ist zunehmend auf erneuerbare Energiequellen wie Solar- und Windkraft angewiesen, Und auch die Nachfrage nach zuverlässigen Energiespeichern wächst. daher, Die Batterietypen werden ständig erfunden und entsprechend erweitert.
Wir speichern die in Spitzenenergiezeiten erzeugte Energie, um sie in Spitzenlastzeiten oder wenn erneuerbare Energien nicht verfügbar sind, zu nutzen. Die Methode der Energiespeicherung besteht darin, elektrische Energie als Gleichstrom zu speichern (Gleichstrom) durch Energiespeicherbatterien, die in Wechselstrom umgewandelt werden müssen (Wechselstrom) für den menschlichen Gebrauch durch Speicher oder Solarwechselrichter.
daher, in den letzten Jahren, Die Batterieindustrie hat erhebliche Fortschritte gemacht, mit fortschrittlicherer Technologie und günstigeren Preisen.
Viele Menschen bevorzugen integrierte Energielösungen, wie der Solarenergiespeicher von GycxSolar, weil es einfach zu bedienen ist und eine bessere Leistung bietet.
In diesem Artikel, Wir werden die am besten geeigneten Batterietypen für Energiespeichersysteme untersuchen und einige Faktoren untersuchen, die bei der Auswahl von Energiespeicherbatterien berücksichtigt werden sollten.
Inhaltsverzeichnis
Was ist Energiespeicher??
Bei der Energiespeicherung wird Energie in bestimmten Geräten oder Systemen gespeichert, um sie bei Bedarf weiter zu nutzen. Im weitesten Sinne, Unter Energiespeicherung versteht man die Speicherung von Energie in einer Form oder deren Umwandlung in eine andere Form durch ein Medium oder Gerät, und es dann entsprechend den zukünftigen Anwendungsanforderungen über Geräte freizugeben.
Unter Energiespeicherung im engeren Sinne versteht man eine Reihe von Technologien und Maßnahmen, die mithilfe chemischer oder physikalischer Methoden die bei der Stromerzeugung erzeugte elektrische Energie speichern und bei Bedarf wieder abgeben.
Die Energiespeicherung hilft Menschen, Energie zu sparen und sie zu nutzen, wenn der Bedarf steigt oder die Energieversorgung unterbrochen wird. daher, Energiespeicher sorgen stets für ein Gleichgewicht zwischen Angebot und Nachfrage für die Verbraucher, und beugt Herausforderungen wie instabilem Strom und steigenden Kosten vor.
Denn bei der Energiespeicherung geht es um die Umwandlung verschiedener Energieformen, Energiespeicher können dabei helfen, Solarenergie zu speichern, Wind, und andere erneuerbare Energiequellen, Dadurch wird der Betrieb von Energiespeichern immer wichtiger.
Welche verschiedenen Arten von Energiespeichern gibt es??
Aus dem beigefügten Diagramm, Man erkennt, dass es verschiedene Arten von Energiespeichern gibt. Durch die Bewertung der Skalierbarkeit kann die Auswahl von Energiespeichertypen umfassend berücksichtigt werden, Dauer der Lade- und Entladezyklen, Lagerkosten, Umweltfreundlichkeit, und andere Aspekte. Es gibt mehrere gängige Arten von Energiespeichern auf dem Markt.
Mechanische Energiespeicherung
Dabei kommt es auf die Nutzung thermischer Energie an, Windenergie, Wasserkraft, und einige erneuerbare Energiequellen. Beliebte mechanische Systeme sind Pumpspeicher, Komprimierung der Schwungrad-Energiespeicherung, und Luftenergiespeicherung.
Elektrochemische Speicherung
Bei der elektrochemischen Energiespeicherung handelt es sich um verschiedene Arten von Batterie-Energiespeichersystemen. Batterien wandeln chemische Energie in elektrische Energie um. Die beiden häufigsten Typen sind wiederaufladbare Batterien und Flow-Batterien. Verschiedene Batterietypen haben ihre eigenen Eigenschaften, und in diesem Artikel geht es hauptsächlich um wiederaufladbare Batterien.
Vergleich von 9 Arten von Energiespeicherbatterien
Nächste, Sie werden die Vor- und Nachteile sehen 9 Batterietypen im Bereich der Energiespeicherung. Sie sind der große Bruder der Batterien – Blei-Säure-Batterien, der beliebte Mainstream auf dem Markt – Lithium-Ionen-Batterien, das beliebte Forschungs- und Entwicklungsziel – Natrium-Ionen-Batterien, der auffällige neue Stern unter den Lithium-Polymer-Elementen – Lithium-Schwefel-Batterien, Nickel-Wasserstoff-Batterien, Superkondensatoren, Brennstoffzellen, Flow-Batterien, und Lithium-Kobaltoxid-Batterien (LCO) in Lithium-Kobaltoxid-Batterien.
① Blei-Säure-Batterie
Blei-Säure-Batterien gehören zu den ältesten, am reifsten, und weit verbreitete Arten von wiederaufladbaren Batterien, die seit Jahrzehnten zur Energiespeicherung genutzt werden.
Blei-Säure-Batterien sind Ihnen vielleicht bekannt, da sie die beliebteste Batterie für Fahrzeuge sind.
Blei-Säure-Batterien sind im Allgemeinen schwer und haben eine kurze Lebensdauer. Berechnet auf der Grundlage eines täglichen Lade- und Entladevorgangs, Ihre typische Zykluslebensdauer beträgt weniger als drei Jahre. Aber der Preis ist der günstigste.
Blei-Säure-Batterien verfügen über ein umfassendes Recyclingsystem und sind zudem der ausgereifteste Batterietyp im Recyclingprozess. Nach Angaben der Energy Storage Association, seine Materialrecyclingrate übertrifft 90%, und gewöhnliche Bleibatterien werden aus Over hergestellt 80% recycelte Materialien, was in gewissem Maße auch umweltfreundlich ist. Und Blei-Säure-Batterien sind auch sicherer als einige andere chemische Batterien, da ihre Wirkstoffe nicht brennbar sind.
Vorteil:
- Rohstoffe sind leicht erhältlich
- Der Preis und die Kosten sind relativ niedrig
- Ausgereifte und vollständige Technologie
- Gute Temperaturleistung, kann in einer Umgebung von arbeiten -40 ℃ -60 ℃.
- Geeignet für Erhaltungsladung, kein Memory-Effekt.
- Altbatterien lassen sich leicht recyceln und tragen zum Schutz der Umwelt bei.
Nachteile:
- Geringe Energiedichte (Energiedichte), im Allgemeinen zwischen 30-40 Wh/kg.
- Kurze Lebensdauer (300 Zu 500 Fahrräder)
- Relativ geringer Wirkungsgrad (79-85%)
- Schlechte Hochtemperaturleistung
- Der Herstellungsprozess dieses Batterietyps ist sehr anfällig für Umweltverschmutzung und muss mit drei Abfallbehandlungsanlagen ausgestattet sein.
Passende Anwendungen:
- Off-Grid-Energiespeichersystem
- Notstromsystem
- Anwendungen, die eine geringe Leistungs-/Energiedichte erfordern
② Lithium-Ionen-Akku
Nachdem wir die Blei-Säure-Batterien des großen Bruders auf dem Batteriemarkt verstanden haben, Werfen wir einen Blick auf den aktuellen Mainstream-Markt – Lithium-Ionen-Batterien.
Unter den 9 Arten von Batterien, Lithiumbatterien dominieren den Markt, Buchhaltung 92% der weltweit installierten Kapazität elektrochemischer Energiespeicher und 90% des globalen Marktes für Netzbatteriespeicher.
Die Lithiumbatterietechnologie ist derzeit die wichtigste und am häufigsten verwendete elektrochemische Energiespeichertechnologie, mit seinen Hauptmarktanwendungen in der Energiespeicherung und elektronischen Verbraucherprodukten wie Mobiltelefonen, Laptops, und Elektrofahrzeuge mit neuer Energie. Laut dem Bericht des US-Energieministeriums über Energiespeichertechnologie und Kostenmerkmale, für ein 4-Stunden-Energiespeichersystem, unter Berücksichtigung der Kosten, Leistung, Kalender und Zyklusleben, sowie technologischer Reife, Lithium-Ionen-Batterien sind die beste Wahl.
Die wichtigsten Arten von Lithium-Ionen-Batterien, die zur Energiespeicherung verwendet werden, sind:
Lithiumeisenphosphat (LFP)
Aufgrund seiner hohen Sicherheit gilt es als die beste Wahl für die feste Energiespeicherung, lange Lebensdauer, und niedrige Kosten.
LFP-Batterien sind weniger anfällig für thermisches Durchgehen.
Lithium-Nickel-Mangan-Kobaltoxid (NMC)
Bietet eine höhere Energiedichte als LFP, allerdings mit höheren Kosten und etwas geringerer thermischer Stabilität.
Lithiumtitanat (LTO)
Es verfügt über eine hervorragende Leistungsdichte und Zyklenlebensdauer (über 10000 Fahrräder), und niedrige Energiedichte, Dadurch eignet es sich für Anwendungen, die häufiges Laden/Entladen erfordern.
Vorteil:
- Leichte und schnelle Ladegeschwindigkeit
- Lange Lebensdauer (2000-5000 Fahrräder)
- Hohe Energiedichte und Leistungsdichte: Die Energiedichte von Lithium-Eisenphosphat-Batterien kann 210 Wh/kg erreichen, und die Energiedichte ternärer Lithiumbatterien hat 300 Wh/kg überschritten
- Hohe Energieumwandlungseffizienz, bis zu 80-90%
- Schnelle Reaktionszeit (Untersekunde bis Sekunde), kein Memory-Effekt
- Die Selbstentladungsrate ist relativ gering: Das voll geladene Li-Ion hat eine Selbstentladungsrate von ca 3% nach einmonatiger Lagerung bei Raumtemperatur, was viel niedriger ist als die 25-30% von Ni Cd und dem 30-35% von In MH
- Enthält keine schädlichen Schwermetallelemente für den menschlichen Körper, grün und umweltfreundlich
Nachteile:
- Die Kosten sind höher als bei Blei-Säure-Batterien und anderen Batterien
- Sicherheitsprobleme (Gefahr eines thermischen Durchgehens)
- Schlechte Hochtemperaturleistung
- Die Schwierigkeit des Recyclings ist hoch, und der Recyclingprozess ist komplex
- Die Reserven sind begrenzt, und der Gehalt an Lithiumressourcen in der Erdkruste beträgt nur 0.0065%. Die aktuellen Lithiumressourcen können die starke Entwicklung der elektrochemischen Energiespeicherindustrie in der Zukunft nicht unterstützen.
Passende Anwendungen:
- Elektrofahrzeuge
- Energiespeicher (insbesondere private/gewerbliche Solarenergiespeicher)
- Energiespeicher im Netzmaßstab
③ Natrium-Ionen-Batterie
Wie bereits erwähnt, Obwohl Lithiumbatterien derzeit der Mainstream auf dem Markt sind, Die Ressourcenreserven an Lithium auf der Erde sind begrenzt.
Seit seiner Einführung in 1991, Lithiumbatterien haben den Bereich der Energiespeicherung dominiert. Jedoch, Die Nachfrage nach diesem Mineral hat zu einer Verknappung des Lithiumangebots geführt, sowie die daraus resultierenden Preiserhöhungen und Verzögerungen, die prominent geworden sind.
In den vergangenen Jahren, Verschiedene Branchen erforschen alternative Rohstoffe für Lithium zur Herstellung von Energiespeichersystemen. Einer der praktischsten Batterietypen ist Natrium-Ionen-Batterien: Die relative Häufigkeit und die geringen Kosten dieses Minerals machen es zur nächsten Revolution in der Speicherung erneuerbarer Energien.
Natrium ist ein silbernes weiches Alkalimetall, das in der Natur sehr häufig vorkommt. Eine Natriumionenbatterie ist eine wiederaufladbare Batterie, die Natriumionen verwendet (Na+) zum Aufladen.
Das Funktionsprinzip von Natrium-Ionen-Batterien ähnelt dem von Lithium-Ionen-Batterien, und ihre chemischen Eigenschaften sind beide alkalisch. Dies bedeutet, dass viele elektrochemische Reaktionen auf diesen Batterietyp angewendet werden können, oder zumindest in Betracht gezogen.
In der Vergangenheit 20 Jahre, 53% Patentforschungsaktivitäten im Bereich Natriumionenbatterien wurden in China durchgeführt, gefolgt von Japan (16%) und die Vereinigten Staaten (13%). Das Unternehmen, das bei dieser Technologie derzeit die wichtigste Rolle spielt, ist das chinesische Unternehmen CATL.
Laut Bloomberg New Energy Finance, von 2030, Natrium-Ionen-Batterien können dafür verantwortlich sein 23% des Marktes für feste Energiespeicher, gleichbedeutend mit vorbei 50 GWh Marktumsatz.
Vorteil:
- Hohe Energiedichte: Die Energiedichte von Natrium-Energiespeicherbatterien kann 200 Wh/kg erreichen
- Lange Lebensdauer, mit einer Zyklenlebensdauer von über Tausenden von Malen
- Rohstoffe im Überfluss: Natriumbatterien zur Energiespeicherung verwenden Natriumionen, Dies sind weit verbreitete Elemente auf der Erde.
- Niedrige Kosten, denn im Vergleich zu seltenen Metallen wie Lithium, Die materiellen Ressourcen von Natriumbatterien zur Energiespeicherung sind reichlicher und produktiver, Daher ist der Preis für Natrium relativ günstig, Dies trägt dazu bei, die Gesamtkosten für Batterien zu senken
- Natriumionen enthalten keine umweltbelastenden Schwermetalle und haben eine relativ geringe Auswirkung auf die Umwelt
Nachteile:
- Größeres Batterievolumen: Aufgrund der größeren Größe der Natriumionen, Um mehr Ionen aufzunehmen, ist eine größere Elektrodenoberfläche erforderlich, Dies führt zu einem größeren Volumen an Natrium-Energiespeicherbatterien mit einem gewissen Platzbedarf.
- Die Stabilität ist durchschnittlich: insbesondere in komplexen Umgebungen wie hohen Temperaturen und hohem Druck, Natriumionen neigen zu instabilen Reaktionen, Dies kann zu Sicherheitsproblemen wie Batterieverbrennung und -explosion führen, und weitere Forschung und Entwicklung sind erforderlich, um sie zu lösen.
- Begrenzte kommerzielle Anwendung: Die kommerzielle Anwendung von Natrium-Energiespeicherbatterien ist relativ begrenzt, Derzeit wird es hauptsächlich für große Energiespeichersysteme und spezifische Energiespeicheranforderungen in bestimmten Szenarien verwendet, wie Solar- und Windenergiespeicher.
④ Nickel-Wasserstoff-Batterie
Vorteil:
- Die Gewichtsenergiedichte beträgt 65Wh/kg, und die Volumenenergiedichte hat sich um 200Wh/L erhöht.
- Hohe Leistungsdichte, ist in der Lage, bei Lade- und Entladevorgängen größere Ströme aufzunehmen
- Gute Entladungsleistung bei niedrigen Temperaturen
- Hohe Zyklenlebensdauer
- Umweltfreundlich und schadstofffrei
Nachteile:
- Normaler Betriebstemperaturbereich -15-40 ℃, schlechte Hochtemperaturleistung
- Hohe Selbstentladungsrate
- Niedrige Arbeitsspannung, Arbeitsspannungsbereich 1,0–1,4 V
- Nickel-Wasserstoff-Batterie Der Preis ist teurer als bei Blei-Säure-Batterien, aber die Leistung ist schlechter als bei Lithium-Ionen-Batterien
- daher, als eine Art Batterie zur Energiespeicherung, es wird nicht empfohlen.
⑤ Superkondensatoren
Superkondensatoren, auch Superkondensatoren oder Doppelschichtkondensatoren genannt, sind ein Energiespeichersystem, das die Aufmerksamkeit von Branchenfachleuten auf sich gezogen hat. Speicherung von Energie durch elektrostatische Aufladung.
Im Vergleich zu Batterien, Superkondensatoren haben eine höhere Leistung und können in kürzerer Zeit geladen und entladen werden. Im Vergleich zu Batterien, ihre spezifische Energie ist relativ gering. daher, Der effektivste Einsatz von Superkondensatoren besteht darin, einen sehr kurzen Stromstoß zur Energieversorgung bereitzustellen. Aus dieser Perspektive, Superkondensatoren sind derzeit nicht für die allgemeine Energiespeicherung geeignet.
Vorteil:
- Hohe Leistungsdichte
- Kurze Ladezeit
Nachteile:
- Geringe Energiedichte, nur 1-10 Wh/kg
- Die Akkulaufzeit ist zu kurz
Hier ist ein Datenblatt für Superkondensatoren und normale Energiespeicherbatterien als Referenz.
⑥ Brennstoffzelle
Es gibt mehrere Arten von Brennstoffzellen, und ihre Einzigartigkeit liegt in den vielfältigen Einsatzmöglichkeiten, wobei jeder Typ etwas anders funktioniert. Wenn Wasserstoff als Kraftstoff verwendet wird, Die Produkte sind Strom, Wasser, und Hitze, Damit lässt sich sauberer und effizienter Strom erzeugen.
Das Funktionsprinzip von Brennstoffzellen ähnelt dem von Batterien, Sie verbrauchen jedoch nicht ihre Energie und müssen nicht aufgeladen werden. Solange es einen Kraftstoffvorrat gibt, Sie werden Strom und Wärme erzeugen.
Vorteil:
- Höher als Energie
- Hohe individuelle Leistungsfähigkeit
- Hohe Leistungsdichte
- Umweltfreundlich und schadstofffrei
Nachteile:
- Das System ist komplex und die technische Reife gering
- Hohe Anforderungen an Schwefeldioxid in der Luft
- Es ist schwierig, die Qualität oder Überlegenheit der Verwendung verschiedener Brennstoffe als Energiespeicherbatterien zu bestimmen, da ihre Lebensdauer unterschiedlich ist
⑦ Flow-Batterie
Flow-Batterien sind eine relativ neue Batterietechnologie, die in großen Energiespeicheranwendungen immer beliebter wird.
Dabei handelt es sich um eine wiederaufladbare Batterie, bei der Elektrolyt aus einem oder mehreren Speichertanks durch eine elektrochemische Zelle fließt, Speichern und Freigeben von Energie durch den vom Batteriesatz gepumpten flüssigen Elektrolyten.
Gleichzeitig, Die Speicherkapazität kann durch eine Erhöhung der im Tank gespeicherten Elektrolytmenge erhöht werden.
Die Trennung von Energieniveau und Leistungsniveau ist ein wichtiges Leistungsmerkmal von Flow-Batteriesystemen.
Die Haupttypen sind:
Vanadium-Flow-Batterie (VRFB)
Kann über einen längeren Zeitraum ohne Leistungseinbußen vollständig entladen werden.
Geeignet für die großflächige Speicherung im Stromnetz, aber teuer im Preis.
Zinkbromid-Durchflussbatterie
Es verfügt über eine hohe Energiedichte und breite Aussichten hinsichtlich Kosten und Lebensdauer.
Jedoch, Bei der Materialverfügbarkeit besteht noch Verbesserungspotenzial, Technologie, und Fertigungsreife.
Vorteil:
- Sichere und zuverlässige Leistung (nicht brennbarer Elektrolyt)
- Tiefentladefähigkeit
- Hat eine hohe Lade-Entladerate
- Lebensdauer des Lithium-Ionen-Akkus: Zyklusleben bis zu 30 Jahre
- Schnelle Reaktionszeit: Schnelles Umschalten zwischen Laden und Entladen, nur 0.02 Sekunden;
Nachteile:
- Geringe Leistungsdichte
- Große Stellfläche (Elektrolytspeichertank)
- Höherer Wartungsaufwand
- Kreuzkontamination von positiven und negativen Elektrolyten
- Einige erfordern teure Ionenaustauschmembranen
- Die beiden Lösungen haben größere Volumina und geringere spezifische Energien
- Geringe Energieumwandlungseffizienz (65-70%)
Passende Anwendungen:
Langfristige Energiespeicherung im großen Maßstab
Anwendungen, die einen langfristig anhaltend niedrigen Stromverbrauch erfordern
⑧ Lithium-Schwefel-Batterie
Lithium-Schwefel-Batterie ist eine wiederaufladbare Batterie mit Lithium als Anode und Schwefel als Kathode. Es gehört zu Lithiumbatterien, aber wie Natriumionen, Auch Schwefel ist auf der Erde reichlich vorhanden und verfügt über eigene hochwertige Eigenschaften.
Es gibt eine umfassendere und detailliertere Einführung zu Lithium-Schwefel-Batterie vs. Lithium-Ionen-Akku – So wählen Sie aus in diesem Artikel.
Vorteil:
- Hohe Energiedichte, theoretische Energiedichte erreichen kann 2600 Wh/kg;
- Niedrige Kosten
- Niedriger Energieverbrauch
Nachteile：
- Feste Reaktionsprodukte können den Kontakt zwischen Elektrolyt und Luft blockieren, den Reaktionsprozess beeinflussen
- Der technische Schwierigkeitsgrad ist hoch, und die Umsetzung der Kommerzialisierung befindet sich noch in der Forschung.
⑨ Lithium-Kobaltoxid-Batterie(LCO, LiCoO2)
Lithium-Kobaltoxid-Batterien sind ebenfalls Lithiumbatterien , In 6 Chemische Arten von Lithium-Ionen-Batterien, aus denen Sie wählen können bietet detaillierte Informationen zu Lithium-Kobaltoxid-Batterien (LCO, LiCoO2) wurde im Artikel vorgestellt.
Vorteil:
- Hohe spezifische Energie (Energiedichte)
- Geeignet für kleine tragbare elektronische Geräte
Nachteile:
- Keine Lithiumbatterie mit langer Lebensdauer: hat typischerweise eine Lebensdauer von 500-1000 Fahrräder
- Der Preis für Kobalt ist recht hoch und nicht kosteneffektiv.
- Geringe thermische Stabilität und potenzielle Sicherheitsrisiken.
- Spezifische Leistungsbegrenzung: Die geringere spezifische Leistung begrenzt die Leistung der Lithium-Kobaltoxid-Batterie.
Basierend auf aktuellen Marktdaten, LCO ist kein besonders beliebter Batterietyp.
Die Wahl als einer der in Betracht gezogenen Arten von Energiespeicherbatterien ist auf Forschungen wie z. B. zurückzuführen Lanthanid-Vertrag baut bessere Hochspannungs-LiCoO2-Batterien.
Lanthanid Auch in der Natur sind Elemente sehr selten, Ihr Beitrag zu langlebigen Batterien ist jedoch schwer zu ignorieren.
Die chemischen Reaktionen von Lithium-Polymer-Batterien können die Knappheit an Lithiumelementen ausgleichen, Und auch die verschiedenen Batterietypen, die durch die Reaktion verschiedener Elemente entstehen, verleihen dem Markt mehr Auswahl und Vitalität.
Neben der Fokussierung auf den Mainstream-Markt, Aufmerksamkeit sollte auch der zukünftigen Entwicklung der Batterieindustrie gewidmet werden. Man kann sagen, dass auch Lithium-Lanthan-Kobaltoxid-Batterien ein Batterietyp sind, auf den man achten sollte.
Zusammenfassung
Wie man sehen kann, Die optimale Batterieauswahl zur Energiespeicherung berücksichtigt grundlegende Nutzungsanforderungen wie die spezifische Leistung, Energiedichte, kosten, Sicherheit, und zyklus leben.
Lithium-Ionen-Batterien haben eine gute Leistung, sind aber teuer, Blei-Säure-Batterien sind zwar kostengünstig, aber ihre Gesamtstärke deckt die aktuelle Nachfrage des Energiespeichermarktes nicht vollständig ab.
Auch die Entwicklung von Natrium-Ionen-Batterien und LCO-Lanthanid-Lithium-Polymer-Batterien ist vielversprechend für die Zukunft.
GycxSolar hat auf dem Markt beliebte Produkte wie Blei-Säure-Batterien und Lithium-Batterien. Willkommen, zögern Sie nicht, sich zu erkundigen.
