Verschillende soorten batterijen hebben verschillende effecten wanneer ze worden toegepast op energieopslag. De wereld is steeds afhankelijker van hernieuwbare energiebronnen zoals zonne- en windenergie, en ook de vraag naar betrouwbare energieopslag groeit. Daarom, de soorten batterijen worden voortdurend uitgevonden en dienovereenkomstig uitgebreid.
De energie die wordt opgewekt tijdens energiepiekperioden slaan we op voor gebruik tijdens piekperiodes in de vraag of wanneer duurzame energie niet beschikbaar is. De methode voor het opslaan van energie is het opslaan van elektrische energie als gelijkstroom (gelijkstroom) via energieopslagbatterijen, die omgezet moeten worden in wisselstroom (AC) voor menselijk gebruik via opslag of omvormers voor zonne-energie.
Daarom, in de afgelopen jaren, de batterij-industrie heeft aanzienlijke vooruitgang geboekt, met meer geavanceerde technologie en economischere prijzen.
Veel mensen geven de voorkeur aan geïntegreerde energieoplossingen, zoals de zonne-energieopslag van GycxSolar, omdat het gemakkelijk te gebruiken is en betere prestaties levert.
In dit artikel, we zullen de meest geschikte batterijtypen voor energieopslagsystemen onderzoeken en enkele factoren onderzoeken waarmee rekening moet worden gehouden bij het selecteren van energieopslagbatterijen.
Inhoudsopgave
Wat is energieopslag?
Energieopslag is het proces waarbij energie wordt opgeslagen in specifieke apparaten of systemen voor voortgezet gebruik als dat nodig is. In brede zin, Energieopslag verwijst naar het opslaan van energie in de ene vorm of het omzetten ervan in een andere vorm via een medium of apparaat, en het vervolgens vrijgeven via apparatuur volgens toekomstige toepassingsbehoeften.
Eng gedefinieerde energieopslag verwijst naar een reeks technologieën en maatregelen die chemische of fysische methoden gebruiken om de elektrische energie die wordt gegenereerd door energieopwekking op te slaan en deze vrij te geven wanneer dat nodig is..
Energieopslag helpt mensen energie te besparen en te gebruiken wanneer de vraag toeneemt of de energie wordt onderbroken. Daarom, energieopslag zorgt altijd voor een evenwicht tussen vraag en aanbod voor consumenten, en voorkomt uitdagingen zoals onstabiele elektriciteit en stijgende kosten.
Omdat het energieopslagproces de omzetting van verschillende vormen van energie omvat, Energieopslag kan helpen bij het opslaan van zonne-energie, wind, en andere hernieuwbare energiebronnen, waardoor de werking van energieopslag steeds belangrijker wordt.
Wat zijn de verschillende soorten energieopslag?
Uit het bijgevoegde diagram, het is duidelijk dat er verschillende soorten energieopslag zijn. De selectie van soorten energieopslag kan uitgebreid worden overwogen door de schaalbaarheid te evalueren, duur van laad- en ontlaadcycli, opslag kosten, milieuvriendelijkheid, en andere aspecten. Er zijn verschillende veel voorkomende vormen van energieopslag op de markt.
Mechanische energieopslag
Het gaat om het gebruik van thermische energie, windenergie, waterkracht, en enkele hernieuwbare energiebronnen. Populaire mechanische systemen zijn onder meer pompopslag, vliegwiel energieopslag compressie, en luchtenergieopslag.
Elektrochemische opslag
Bij elektrochemische energieopslag zijn verschillende soorten batterij-energieopslagsystemen betrokken. Batterijen zetten chemische energie om in elektrische energie. De twee meest voorkomende typen zijn oplaadbare batterijen en stroombatterijen. Verschillende soorten batterijen hebben hun eigen kenmerken, en dit artikel bespreekt voornamelijk oplaadbare batterijen.
Vergelijking van 9 soorten energieopslagbatterijen
Volgende, je zult de voor- en nadelen ervan zien 9 soorten batterijen op het gebied van energieopslag. Ze zijn de grote broer op het gebied van batterijen – loodzuurbatterijen, de populaire mainstream op de markt – lithium-ionbatterijen, het populaire onderzoeks- en ontwikkelingsdoel – natriumionbatterijen, de opvallende nieuwe ster op het gebied van lithiumpolymeerelementen – lithium-zwavelbatterijen, nikkel-waterstofbatterijen, supercondensatoren, brandstofcellen, stroom batterijen, en lithiumkobaltoxidebatterijen (LCO) in lithiumkobaltoxidebatterijen.
① Loodzuuraccu
Loodzuurbatterijen zijn een van de oudste, meest volwassen, en veelgebruikte typen oplaadbare batterijen, die al tientallen jaren worden gebruikt voor energieopslag.
Loodzuuraccu’s komen u misschien bekend voor, omdat ze de meest populaire accu voor voertuigen zijn.
Loodzuurbatterijen zijn over het algemeen zwaar en hebben een korte levensduur. Berekend op basis van een dagelijkse laad- en ontlaadoperatie, hun typische levensduur is minder dan drie jaar. Maar de prijs is het goedkoopst.
Loodzuurbatterijen hebben een uitgebreid recyclingsysteem en zijn ook het meest volwassen type batterij in het recyclingproces. Dat meldt de Energieopslag Vereniging, het materiaalrecyclagepercentage overschrijdt 90%, en gewone loodbatterijen worden van over gemaakt 80% gerecyclede materialen, wat tot op zekere hoogte ook milieuvriendelijk is. En loodzuurbatterijen zijn ook veiliger dan sommige andere chemische batterijen, omdat hun actieve ingrediënten niet ontvlambaar zijn.
Voordeel:
- Grondstoffen zijn gemakkelijk verkrijgbaar
- De prijs en kosten zijn relatief laag
- Volwassen en complete technologie
- Goede temperatuurprestaties, kan werken in een omgeving van -40 ℃ -60 ℃.
- Geschikt voor float-laden, geen geheugeneffect.
- Afgedankte batterijen zijn gemakkelijk te recyclen en helpen het milieu te beschermen.
Nadelen:
- Lage energiedichtheid (energiedichtheid), doorgaans tussen 30-40 Wh/kg.
- Korte levensduur (300 naar 500 cycli)
- Relatief lage efficiëntie (79-85%)
- Slechte prestaties bij hoge temperaturen
- Het productieproces van dit type batterij is zeer gevoelig voor milieuvervuiling en moet worden uitgerust met drie afvalverwerkingsapparatuur.
Geschikte toepassingen:
- Off-grid energieopslagsysteem
- Reservevoedingssysteem
- Toepassingen die een lage vermogens-/energiedichtheid vereisen
② Lithium-ionbatterij
Na inzicht te hebben gekregen in de grote broer loodzuuraccu's op de accumarkt, Laten we eens kijken naar de huidige reguliere markt – lithium-ionbatterijen.
Onder de 9 soorten batterijen, Lithiumbatterijen domineren de markt, verantwoording afleggen 92% van de wereldwijd geïnstalleerde capaciteit van elektrochemische energieopslag en 90% van de mondiale markt voor batterijopslag.
Lithiumbatterijtechnologie is momenteel de belangrijkste en meest gebruikte technologie voor elektrochemische energieopslag, met zijn belangrijkste markttoepassingen in energieopslag en elektronische consumentenproducten zoals mobiele telefoons, laptops, en nieuwe energie-elektrische voertuigen. Volgens het rapport over energieopslagtechnologie en kostenkenmerken van het Amerikaanse ministerie van Energie, voor een energieopslagsysteem van 4 uur, gezien de kosten, prestatie, kalender- en cyclusleven, en technologische volwassenheid, lithium-ionbatterijen zijn de beste keuze.
De belangrijkste typen lithium-ionbatterijen die worden gebruikt voor energieopslag zijn::
Lithium-ijzerfosfaat (LFP)
Vanwege de hoge veiligheid wordt het beschouwd als de beste keuze voor vaste energieopslag, lange levensduur, en lage kosten.
LFP-batterijen zijn minder gevoelig voor thermische overstroming.
Lithium-nikkel-mangaan-kobaltoxide (NMC)
Biedt een hogere energiedichtheid dan LFP, maar met hogere kosten en iets lagere thermische stabiliteit.
Lithiumtitanaat (LTO)
Het heeft een uitstekende vermogensdichtheid en levensduur (over 10000 cycli), en lage energiedichtheid, waardoor het geschikt is voor toepassingen waarbij regelmatig opladen/ontladen nodig is.
Voordeel:
- Lichtgewicht en snelle oplaadsnelheid
- Lange levensduur (2000-5000 cycli)
- Hoge energiedichtheid en vermogensdichtheid: De energiedichtheid van lithium-ijzerfosfaatbatterijen kan 210 Wh/kg bereiken, en de energiedichtheid van ternaire lithiumbatterijen heeft de 300 Wh/kg overschreden
- Hoge energieomzettingsefficiëntie, tot 80-90%
- Snelle responstijd (sub seconde tot seconde), geen geheugeneffect
- Het zelfontladingspercentage is relatief laag: het volledig opgeladen Li-ion heeft een zelfontlading van ongeveer 3% na een maand bewaren bij kamertemperatuur, wat veel lager is dan de 25-30% van Ni Cd en de 30-35% van InMH
- Bevat geen schadelijke zware metalen elementen voor het menselijk lichaam, groen en milieuvriendelijk
Nadelen:
- De kosten zijn hoger dan die van loodzuurbatterijen en andere batterijen
- Veiligheidsproblemen (risico op thermische runaway)
- Slechte prestaties bij hoge temperaturen
- De moeilijkheidsgraad van recycling is groot, en het recyclingproces is complex
- De reserves zijn beperkt, en het gehalte aan lithiumbronnen in de aardkorst is slechts 0.0065%. De huidige lithiumbronnen kunnen de krachtige ontwikkeling van de elektrochemische energieopslagindustrie in de toekomst niet ondersteunen.
Geschikte toepassingen:
- Elektrische voertuigen
- Energie opslag (vooral residentiële/commerciële zonne-energieopslag)
- Energieopslag op rasterschaal
③ Natriumionbatterij
Zoals eerder vermeld, hoewel lithiumbatterijen momenteel de mainstream op de markt zijn, de hulpbronnenreserves van lithium op aarde zijn beperkt.
Sinds de introductie in 1991, Lithiumbatterijen hebben het veld van energieopslag gedomineerd. Echter, de vraag naar dit mineraal heeft geleid tot een tekort aan lithiumaanbod, evenals de daaruit voortvloeiende prijsstijgingen en vertragingen, die prominent zijn geworden.
In de afgelopen jaren, Verschillende industrieën hebben alternatieve grondstoffen voor lithium onderzocht om energieopslagsystemen te vervaardigen. Een van de meest haalbare soorten batterijen is natriumionbatterijen: de relatieve overvloed en lage kosten van dit mineraal maken het tot de volgende revolutie in de opslag van hernieuwbare energie.
Natrium is een zacht alkalisch zilvermetaal dat zeer overvloedig aanwezig is in de natuur. Een natriumionbatterij is een oplaadbare batterij die gebruik maakt van natriumionen (Na+) voor opladen.
Het werkingsprincipe van natriumionbatterijen is vergelijkbaar met dat van lithium-ionbatterijen, en hun chemische eigenschappen zijn beide alkalisch. Dit betekent dat er veel elektrochemische reacties op dit type batterij kunnen worden toegepast, of op zijn minst overwogen.
Over het verleden 20 jaren, 53% van patentonderzoeksactiviteiten op het gebied van natriumionbatterijen is uitgevoerd in China, gevolgd door Japan (16%) en de Verenigde Staten (13%). Het bedrijf dat momenteel de belangrijkste rol speelt in deze technologie is het Chinese bedrijf CATL.
Dat meldt Bloomberg New Energy Finance, door 2030, natriumionbatterijen kunnen hiervoor verantwoordelijk zijn 23% van de markt voor vaste energieopslag, gelijk aan voorbij 50 GWh aan marktinkomsten.
Voordeel:
- Hoge energiedichtheid: De energiedichtheid van natrium-energieopslagbatterijen kan 200 Wh/kg bereiken
- Lange levensduur, met een levensduur van meer dan duizenden keren
- Overvloedige grondstoffen: Natriumbatterijen voor energieopslag gebruiken natriumionen, Dit zijn wijdverspreide elementen op aarde.
- Lage kosten, omdat vergeleken met zeldzame metalen zoals lithium, de materiële hulpbronnen van natriumbatterijen voor energieopslag zijn overvloediger en productiever, dus de prijs van natrium is relatief goedkoop, wat bevorderlijk is voor het verlagen van de totale kosten van batterijen
- Natriumionen bevatten geen zware metalen die het milieu vervuilen en een relatief kleine impact hebben op het milieu
Nadelen:
- Groter batterijvolume: Vanwege de grotere omvang van natriumionen, er is een groter elektrodeoppervlak nodig om meer ionen te kunnen huisvesten, resulterend in een groter volume natrium-energieopslagbatterijen met bepaalde ruimtevereisten.
- De stabiliteit is gemiddeld: vooral in complexe omgevingen zoals hoge temperaturen en hoge druk, natriumionen zijn gevoelig voor onstabiele reacties, Dit kan veiligheidsproblemen veroorzaken, zoals verbranding en explosie van de batterij, en verder onderzoek en ontwikkeling zijn nodig om deze problemen op te lossen.
- Beperkte commerciële toepassing: De commerciële toepassing van natrium-energieopslagbatterijen is relatief beperkt, momenteel vooral gebruikt voor grootschalige energieopslagsystemen en specifieke energieopslagbehoeften in bepaalde scenario's, zoals de opslag van zonne- en windenergie.
④ Nikkel-waterstofbatterij
Voordeel:
- De gewichtsenergiedichtheid bedraagt 65Wh/kg, en de volume-energiedichtheid is toegenomen met 200 Wh/L.
- Hoge vermogensdichtheid, in staat grotere stromen te accepteren tijdens laad- en ontlaadactiviteiten
- Goede ontladingsprestaties bij lage temperaturen
- Hoge cycluslevensduur
- Milieuvriendelijk en vrij van vervuiling
Nadelen:
- Normaal bedrijfstemperatuurbereik -15-40 ℃, slechte prestaties bij hoge temperaturen
- Hoge zelfontlading
- Lage werkspanning, werkspanningsbereik 1,0-1,4V
- Nikkel-waterstofbatterij prijs is duurder dan loodzuurbatterijen, maar de prestaties zijn slechter dan die van lithium-ionbatterijen
- Daarom, als een type batterij voor energieopslag, het wordt niet aanbevolen.
⑤ Supercondensatoren
Supercondensatoren, ook bekend als supercondensatoren of dubbellaagse condensatoren, zijn een energieopslagsysteem dat de aandacht heeft getrokken van professionals uit de industrie. Energie opslaan door middel van elektrostatische ladingen.
Vergeleken met batterijen, supercondensatoren hebben een hoger vermogen en kunnen in kortere tijd worden opgeladen en ontladen. Vergeleken met batterijen, hun specifieke energie is relatief laag. Daarom, het meest effectieve gebruik van supercondensatoren is het leveren van een zeer korte stroomstoot voor de energievoorziening. Vanuit dit perspectief, supercondensatoren zijn momenteel niet geschikt voor reguliere energieopslag.
Voordeel:
- Hoge vermogensdichtheid
- Korte oplaadtijd
Nadelen:
- Lage energiedichtheid, alleen 1-10 Wh/kg
- De levensduur van de batterij is te kort
Hier vindt u ter referentie een gegevensblad voor supercondensatoren en gewone energieopslagbatterijen.
⑥ Brandstofcel
Er zijn meerdere soorten brandstofcellen, en hun uniekheid ligt in de verschillende mogelijkheden van potentiële toepassingen, waarbij elk type iets anders werkt. Als waterstof als brandstof wordt gebruikt, de producten zijn elektriciteit, water, en hitte, waarmee schone en efficiënte elektriciteit kan worden opgewekt.
Het werkingsprincipe van brandstofcellen is vergelijkbaar met dat van batterijen, maar ze putten hun kracht niet uit en hoeven niet te worden opgeladen. Zolang er maar brandstof is, ze zullen elektriciteit en warmte opwekken.
Voordeel:
- Hoger dan energie
- Hoge individuele capaciteit
- Hoge vermogensdichtheid
- Milieuvriendelijk en vrij van vervuiling
Nadelen:
- Het systeem is complex en de technische volwassenheid is slecht
- Hoge eisen aan zwaveldioxide in de lucht
- Het is moeilijk om de kwaliteit of superioriteit van het gebruik van verschillende brandstoffen als energieopslagbatterijen te bepalen, omdat hun levensduur varieert
⑦ Flow-batterij
Stroombatterijen zijn een relatief nieuwe batterijtechnologie die steeds populairder wordt in grootschalige energieopslagtoepassingen.
Het is een oplaadbare batterij waarin elektrolyt vanuit een of meer opslagtanks door een elektrochemische cel stroomt, het opslaan en vrijgeven van energie via de vloeibare elektrolyt die door het batterijpakket wordt gepompt.
Tegelijkertijd, de opslagcapaciteit kan worden vergroot door de hoeveelheid elektrolyt die in de tank is opgeslagen te vergroten.
De scheiding tussen energieniveau en vermogensniveau is een belangrijk prestatiekenmerk van flowbatterijsystemen.
De belangrijkste soorten zijn:
Vanadium Flow-batterij (VRFB)
Kan lange tijd volledig worden ontladen zonder prestatieverlies.
Geschikt voor grootschalige opslag in het elektriciteitsnet, maar duur qua prijs.
Zinkbromidestroombatterij
Het heeft een hoge energiedichtheid en brede vooruitzichten op het gebied van kosten en levensduur.
Echter, Er is nog steeds ruimte voor verbetering in de beschikbaarheid van materialen, technologie, en volwassenheid van de productie.
Voordeel:
- Veilige en betrouwbare prestaties (niet-ontvlambare elektrolyt)
- Diepontladingsmogelijkheid
- Heeft een hoge ontladingssnelheid
- Levensduur lithium-ionbatterij: cyclus leven tot 30 jaren
- Snelle responstijd: Snel schakelen tussen opladen en ontladen, alleen 0.02 seconden;
Nadelen:
- Lage vermogensdichtheid
- Grote voetafdruk (opslagtank voor elektrolyt)
- Hogere onderhoudseisen
- Kruisbesmetting van positieve en negatieve elektrolyten
- Sommige vereisen dure ionenuitwisselingsmembranen
- De twee oplossingen hebben grotere volumes en lagere specifieke energieën
- Lage energieomzettingsefficiëntie (65-70%)
Geschikte toepassingen:
Grootschalige energieopslag op lange termijn
Toepassingen die langdurig, aanhoudend laag stroomverbruik vereisen
⑧ Lithiumzwavelbatterij
Lithium-zwavelbatterij is een oplaadbare batterij met lithium als anode en zwavel als kathode. Het behoort tot lithiumbatterijen, maar zoals natriumionen, zwavel is ook overvloedig aanwezig in de reserves op aarde en heeft zijn eigen hoogwaardige kenmerken.
Er is een meer uitgebreide en gedetailleerde inleiding tot Lithiumzwavelbatterij vs. Lithium-ionbatterij – Hoe te kiezen in dit artikel.
Voordeel:
- Hoge energiedichtheid, theoretische energiedichtheid kan bereiken 2600 Wh/kg;
- Lage kosten
- Laag energieverbruik
Nadelen：
- Vaste reactieproducten kunnen het contact tussen elektrolyt en lucht blokkeren, die het reactieproces beïnvloeden
- De technische moeilijkheid is hoog, en de commercialiseringsimplementatie wordt nog onderzocht.
⑨ Lithiumkobaltoxidebatterij(LCO, LiCoO2)
Lithiumkobaltoxidebatterij is ook een lithiumbatterij , in 6 Chemische typen lithium-ionbatterijen waaruit u kunt kiezen heeft gedetailleerde informatie over de lithiumkobaltoxidebatterij (LCO, LiCoO2) is in het artikel geïntroduceerd.
Voordeel:
- Hoge specifieke energie (energiedichtheid)
- Geschikt voor kleine draagbare elektronische apparaten
Nadelen:
- Geen lithiumbatterij met lange levensduur: heeft doorgaans een levensduur van 500-1000 cycli
- De prijs van kobalt is vrij duur en niet kosteneffectief.
- Lage thermische stabiliteit en potentiële veiligheidsrisico's.
- Specifieke vermogensbeperking: Het lagere specifieke vermogen beperkt de prestaties van de lithiumkobaltoxidebatterij.
Gebaseerd op actuele marktgegevens, LCO is geen bijzonder populair batterijtype.
De keuze om het te kiezen als een van de overwogen typen energieopslagbatterijen is te danken aan onderzoek zoals Lanthanide-contractgebouwen Betere LiCoO2-hoogspanningsbatterijen.
Lanthanide elementen zijn ook zeer zeldzaam van aard, maar hun bijdrage aan duurzame batterijen is moeilijk te negeren.
De chemische reacties van lithium-polymeerbatterijen kunnen de schaarste aan lithiumelementen compenseren, en de verschillende soorten batterijen die worden geproduceerd door de reacties van verschillende elementen geven de markt ook meer keuzemogelijkheden en vitaliteit.
Naast de focus op de reguliere markt, Er moet ook aandacht worden besteed aan de toekomstige ontwikkeling van de batterij-industrie. Er kan worden gezegd dat lithiumlanthaan-kobaltoxide-batterijen ook een type batterij zijn die de moeite waard is om op te letten.
Samenvatting
Zoals te zien is, bij de optimale batterijselectie voor energieopslag wordt rekening gehouden met basisgebruiksvereisten zoals specifiek vermogen, energiedichtheid, kosten, veiligheid, en cyclusleven.
Lithium-ionbatterijen hebben goede prestaties maar hoge kosten, terwijl loodzuurbatterijen lage kosten hebben, maar hun uitgebreide kracht niet volledig voldoet aan de huidige vraag op de markt voor energieopslag.
De ontwikkeling van natriumionbatterijen en LCO-lanthanide-lithiumpolymeerbatterijen is ook veelbelovend voor de toekomst.
GycxSolar heeft populaire producten op de markt zoals loodzuuraccu's en lithiumbatterijen. Welkom, informeer gerust.
