Diferentes tipos de bateria têm efeitos diferentes quando aplicados ao armazenamento de energia. O mundo depende cada vez mais de fontes de energia renováveis, como a solar e a eólica, e a procura por armazenamento de energia fiável também está a crescer. Portanto, os tipos de baterias são constantemente inventados e expandidos de acordo.
Armazenamos a energia gerada durante os períodos de pico de energia para uso durante os períodos de pico de demanda ou quando a energia renovável não estiver disponível. O método de armazenamento de energia é armazenar energia elétrica como corrente contínua (CC) através de baterias de armazenamento de energia, que precisam ser convertidos em corrente alternada (AC) para uso humano através de armazenamento ou inversores solares.
Portanto, nos últimos anos, a indústria de baterias fez progressos significativos, com tecnologia mais avançada e preços mais econômicos.
Muitas pessoas preferem soluções energéticas integradas, como o armazenamento de energia solar da GycxSolar, porque é fácil de usar e tem melhor desempenho.
Neste artigo, investigaremos os tipos de baterias mais adequados para sistemas de armazenamento de energia e exploraremos alguns fatores que devem ser considerados ao selecionar baterias de armazenamento de energia.
Índice
O que é armazenamento de energia?
Armazenamento de energia é o processo de armazenamento de energia em dispositivos ou sistemas específicos para uso contínuo conforme necessário. Em um sentido amplo, armazenamento de energia refere-se ao armazenamento de energia de uma forma ou à sua conversão em outra forma através de um meio ou dispositivo, e, em seguida, liberando-o através do equipamento de acordo com as necessidades futuras da aplicação.
O armazenamento de energia estritamente definido refere-se a uma série de tecnologias e medidas que utilizam métodos químicos ou físicos para armazenar a energia elétrica gerada pela geração de energia e liberá-la quando necessário..
O armazenamento de energia ajuda os humanos a economizar energia e a utilizá-la quando a demanda aumenta ou a energia é interrompida. Portanto, o armazenamento de energia sempre mantém um equilíbrio entre oferta e demanda para os consumidores, e evita desafios como eletricidade instável e custos crescentes.
Porque o processo de armazenamento de energia envolve a conversão de diferentes formas de energia, armazenamento de energia pode ajudar a armazenar energia solar, vento, e outras fontes de energia renováveis, tornando a operação de armazenamento de energia cada vez mais importante.
Quais são os diferentes tipos de armazenamento de energia?
Do diagrama anexo, pode-se observar que existem vários tipos de armazenamento de energia. A seleção de tipos de armazenamento de energia pode ser considerada de forma abrangente avaliando a escalabilidade, duração dos ciclos de carga e descarga, custos de armazenamento, respeito pelo meio ambiente, e outros aspectos. Existem vários tipos comuns de armazenamento de energia no mercado.
Armazenamento de energia mecânica
Envolve o uso de energia térmica, energia eólica, energia hidrelétrica, e algumas fontes de energia renováveis. Sistemas mecânicos populares incluem armazenamento bombeado, compressão de armazenamento de energia do volante, e armazenamento de energia no ar.
Armazenamento eletroquímico
O armazenamento de energia eletroquímica envolve vários tipos de sistemas de armazenamento de energia de bateria. As baterias convertem energia química em energia elétrica. Os dois tipos mais comuns são baterias recarregáveis e baterias de fluxo. Diferentes tipos de baterias têm características próprias, e este artigo discute principalmente baterias recarregáveis.
Comparação de 9 tipos de baterias de armazenamento de energia
Próximo, você verá as vantagens e desvantagens de 9 tipos de baterias na área de armazenamento de energia. Eles são o irmão mais velho em baterias – baterias de chumbo-ácido, o mainstream popular no mercado – baterias de íon de lítio, o popular alvo de pesquisa e desenvolvimento – baterias de íon de sódio, a nova estrela atraente em elementos de polímero de lítio – baterias de enxofre de lítio, baterias de hidrogênio de níquel, supercapacitores, células de combustível, baterias de fluxo, e baterias de óxido de cobalto e lítio (LCO) em baterias de óxido de cobalto e lítio.
① Bateria de chumbo-ácido
As baterias de chumbo-ácido são uma das mais antigas, mais maduro, e tipos amplamente utilizados de baterias recarregáveis, que têm sido usados para armazenamento de energia há décadas.
As baterias de chumbo-ácido podem ser familiares para você porque são as baterias mais populares para veículos.
Baterias de chumbo-ácido são geralmente pesados e têm uma vida útil curta. Calculado com base em uma operação diária de carga e descarga, seu ciclo de vida típico é inferior a três anos. Mas seu preço é o mais barato.
As baterias de chumbo-ácido possuem um sistema de reciclagem abrangente e também são o tipo de bateria mais maduro no processo de reciclagem. De acordo com a Associação de Armazenamento de Energia, sua taxa de reciclagem de materiais excede 90%, e baterias de chumbo comuns são feitas de mais de 80% materiais reciclados, que também é ambientalmente amigável até certo ponto. E as baterias de chumbo-ácido também são mais seguras do que algumas outras baterias químicas porque os seus ingredientes activos não são inflamáveis..
Vantagem:
- As matérias-primas são facilmente obtidas
- O preço e o custo são relativamente baixos
- Tecnologia madura e completa
- Bom desempenho de temperatura, pode trabalhar em um ambiente de -40 ℃ -60 ℃.
- Adequado para carregamento flutuante, sem efeito de memória.
- As baterias usadas são fáceis de reciclar e ajudam a proteger o meio ambiente.
Desvantagens:
- Baixa densidade de energia (densidade de energia), geralmente entre 30-40 W/kg.
- Ciclo de vida curto (300 para 500 ciclos)
- Eficiência relativamente baixa (79-85%)
- Desempenho ruim em altas temperaturas
- O processo de fabricação deste tipo de bateria é altamente sujeito à poluição ambiental e deve ser equipado com três equipamentos de tratamento de resíduos.
Aplicações adequadas:
- Sistema de armazenamento de energia fora da rede
- Sistema de energia reserva
- Aplicações que exigem baixa potência/densidade de energia
② Bateria de íon de lítio
Depois de entender as baterias de chumbo-ácido do irmão mais velho no mercado de baterias, vamos dar uma olhada no mercado mainstream atual – baterias de íon de lítio.
Entre os 9 tipos de baterias, baterias de lítio dominam o mercado, contabilidade para 92% da capacidade instalada global de armazenamento de energia eletroquímica e 90% do mercado global de armazenamento de baterias em rede.
A tecnologia da bateria de lítio é atualmente a tecnologia de armazenamento de energia eletroquímica mais importante e comumente usada, com suas principais aplicações de mercado em armazenamento de energia e produtos eletrônicos de consumo, como telefones celulares, notebooks, e novos veículos elétricos de energia. De acordo com o relatório sobre tecnologia de armazenamento de energia e características de custo do Departamento de Energia dos EUA, para um sistema de armazenamento de energia de 4 horas, considerando o custo, desempenho, calendário e ciclo de vida, bem como maturidade tecnológica, baterias de íon de lítio são a melhor escolha.
Os principais tipos de baterias de íon de lítio usadas para armazenamento de energia são:
Fosfato de ferro-lítio (LFP)
É considerada a melhor escolha para armazenamento fixo de energia devido à sua alta segurança, longa vida útil, e baixo custo.
As baterias LFP são menos propensas à fuga térmica.
Óxido de lítio-níquel-manganês-cobalto (NMC)
Fornece maior densidade de energia do que LFP, mas com custo mais elevado e estabilidade térmica ligeiramente inferior.
Titanato de lítio (LTO)
Possui excelente densidade de potência e ciclo de vida (sobre 10000 ciclos), e baixa densidade de energia, tornando-o adequado para aplicações que requerem carga/descarga frequente.
Vantagem:
- Velocidade de carregamento leve e rápida
- Ciclo de vida longo (2000-5000 ciclos)
- Alta densidade de energia e densidade de potência: A densidade de energia das baterias de fosfato de ferro-lítio pode chegar a 210Wh/kg, e a densidade de energia das baterias ternárias de lítio excedeu 300Wh/kg
- Alta eficiência de conversão de energia, até 80-90%
- Tempo de resposta rápido (sub segundo a segundo), sem efeito de memória
- A taxa de autodescarga é relativamente baixa: o íon Li totalmente carregado tem uma taxa de autodescarga de cerca de 3% depois de ser armazenado em temperatura ambiente por um mês, que é muito inferior ao 25-30% de Ni Cd e o 30-35% de Em MH
- Não contém quaisquer elementos de metais pesados prejudiciais ao corpo humano, verde e ambientalmente amigável
Desvantagens:
- O custo é maior do que baterias de chumbo-ácido e outras baterias
- Questões de segurança (risco de fuga térmica)
- Desempenho ruim em altas temperaturas
- A dificuldade de reciclagem é alta, e o processo de reciclagem é complexo
- As reservas são limitadas, e o conteúdo dos recursos de lítio na crosta terrestre é apenas 0.0065%. Os atuais recursos de lítio não podem apoiar o desenvolvimento vigoroso da indústria de armazenamento de energia eletroquímica no futuro.
Aplicações adequadas:
- Veículos elétricos
- Armazenamento de energia (especialmente armazenamento de energia solar residencial/comercial)
- Armazenamento de energia em escala de rede
③ Bateria de íon de sódio
Como mencionado anteriormente, embora as baterias de lítio sejam atualmente as principais no mercado, as reservas de recursos de lítio na Terra são limitadas.
Desde a sua introdução em 1991, baterias de lítio dominaram o campo do armazenamento de energia. No entanto, a demanda por este mineral levou a uma escassez de fornecimento de lítio, bem como os consequentes aumentos de preços e atrasos, que se tornaram proeminentes.
Nos últimos anos, várias indústrias têm explorado matérias-primas alternativas ao lítio para fabricar sistemas de armazenamento de energia. Um dos tipos mais viáveis de baterias é baterias de íon de sódio: a abundância relativa e o baixo custo deste mineral fazem dele a próxima revolução no armazenamento de energia renovável.
O sódio é um metal alcalino macio prateado muito abundante na natureza. Uma bateria de íon de sódio é uma bateria recarregável que usa íons de sódio (Na+) para carregar.
O princípio de funcionamento das baterias de íon de sódio é semelhante ao das baterias de íon de lítio, e suas propriedades químicas são alcalinas. Isto significa que muitas reações eletroquímicas podem ser aplicadas a este tipo de bateria, ou pelo menos considerado.
Ao longo do passado 20 anos, 53% das atividades de pesquisa de patentes na área de baterias de íon de sódio foram conduzidas na China, seguido pelo Japão (16%) e os Estados Unidos (13%). A empresa que desempenha atualmente o papel mais importante nesta tecnologia é a empresa chinesa CATL.
De acordo com a Bloomberg New Energy Finance, por 2030, baterias de íon de sódio podem ser responsáveis por 23% do mercado fixo de armazenamento de energia, equivalente a mais 50 GWh de receita de mercado.
Vantagem:
- Alta densidade de energia: A densidade de energia das baterias de armazenamento de energia de sódio pode chegar a 200Wh/kg
- Longa vida útil, com um ciclo de vida de mais de milhares de vezes
- Matérias-primas abundantes: Baterias de sódio para armazenamento de energia usam íons de sódio, que são elementos amplamente presentes na Terra.
- Baixo custo, porque comparado a metais raros como o lítio, os recursos materiais das baterias de sódio de armazenamento de energia são mais abundantes e produtivos, então o preço do sódio é relativamente barato, o que é propício para reduzir o custo geral das baterias
- Os íons de sódio não contêm metais pesados que poluem o meio ambiente e têm um impacto relativamente pequeno no meio ambiente
Desvantagens:
- Maior volume de bateria: Devido ao maior tamanho dos íons de sódio, uma área de superfície de eletrodo maior é necessária para acomodar mais íons, resultando em um volume maior de baterias de armazenamento de energia de sódio com certos requisitos de espaço.
- A estabilidade é média: especialmente em ambientes complexos, como alta temperatura e alta pressão, íons de sódio são propensos a reações instáveis, o que pode causar problemas de segurança, como combustão e explosão da bateria, e mais pesquisa e desenvolvimento são necessários para resolvê-los.
- Aplicação comercial limitada: A aplicação comercial de baterias de armazenamento de energia de sódio é relativamente limitada, atualmente usado principalmente para sistemas de armazenamento de energia em grande escala e necessidades específicas de armazenamento de energia em determinados cenários, como armazenamento de energia solar e eólica.
④ Bateria de níquel-hidrogênio
Vantagem:
- A densidade de energia do peso é 65Wh/kg, e a densidade de energia volumétrica aumentou em 200Wh/L.
- Alta densidade de potência, capaz de aceitar correntes maiores durante atividades de carga e descarga
- Bom desempenho de descarga em baixa temperatura
- Alto ciclo de vida
- Ecologicamente correto e livre de poluição
Desvantagens:
- Faixa normal de temperatura operacional -15-40 ℃, baixo desempenho em altas temperaturas
- Alta taxa de autodescarga
- Baixa tensão de trabalho, faixa de tensão de trabalho 1,0-1,4V
- Bateria de níquel-hidrogênio o preço é mais caro do que as baterias de chumbo-ácido, mas o desempenho é pior do que as baterias de íon de lítio
- Portanto, como um tipo de bateria para armazenamento de energia, não é recomendado.
⑤ Supercapacitores
Supercapacitores, também conhecidos como supercapacitores ou capacitores de camada dupla, são um sistema de armazenamento de energia que tem chamado a atenção dos profissionais do setor. Armazenando energia através de cargas eletrostáticas.
Comparado com baterias, supercapacitores têm maior potência e podem ser carregados e descarregados em menos tempo. Comparado com baterias, sua energia específica é relativamente baixa. Portanto, o uso mais eficaz de supercapacitores é fornecer um breve surto de energia para fornecimento de energia. Desta perspectiva, supercapacitores atualmente não são adequados para armazenamento de energia convencional.
Vantagem:
- Alta densidade de potência
- Tempo de carregamento curto
Desvantagens:
- Baixa densidade de energia, apenas 1-10 W/kg
- A duração da bateria é muito curta
Aqui está uma folha de dados para supercapacitores e baterias regulares de armazenamento de energia para referência.
⑥ Célula de combustível
Existem vários tipos de células de combustível, e sua singularidade reside nas diversas possibilidades de aplicações potenciais, com cada tipo funcionando de maneira um pouco diferente. Se o hidrogênio for usado como combustível, os produtos são eletricidade, água, e calor, que pode ser usado para gerar eletricidade limpa e eficiente.
O princípio de funcionamento das células de combustível é semelhante ao das baterias, mas eles não esgotam sua energia nem exigem carregamento. Contanto que haja um suprimento de combustível, eles vão gerar eletricidade e calor.
Vantagem:
- Maior que a energia
- Alta capacidade individual
- Alta densidade de potência
- Ecologicamente correto e livre de poluição
Desvantagens:
- O sistema é complexo e a maturidade técnica é fraca
- Altos requisitos para dióxido de enxofre no ar
- É difícil determinar a qualidade ou superioridade do uso de diferentes combustíveis como baterias de armazenamento de energia, pois sua vida útil varia
⑦ Bateria de fluxo
Baterias de fluxo são uma tecnologia de bateria relativamente nova que está se tornando cada vez mais popular em aplicações de armazenamento de energia em larga escala.
É uma bateria recarregável na qual o eletrólito flui de um ou mais tanques de armazenamento através de uma célula eletroquímica., armazenar e liberar energia através do eletrólito líquido bombeado pela bateria.
Ao mesmo tempo, a capacidade de armazenamento pode ser aumentada aumentando a quantidade de eletrólito armazenado no tanque.
A separação do nível de energia e do nível de potência é uma importante característica de desempenho dos sistemas de bateria de fluxo.
Os principais tipos são:
Bateria de fluxo de vanádio (VRFB)
Pode ser totalmente descarregado por um longo período sem degradação do desempenho.
Adequado para armazenamento em grande escala na rede elétrica, mas caro no preço.
Bateria de fluxo de brometo de zinco
Possui alta densidade energética e amplas perspectivas em termos de custo e vida útil.
No entanto, ainda há espaço para melhorias na disponibilidade de materiais, tecnologia, e maturidade de fabricação.
Vantagem:
- Desempenho seguro e confiável (eletrólito não inflamável)
- Capacidade de descarga profunda
- Tem uma alta taxa de descarga de carga
- Vida útil da bateria de íon de lítio: ciclo de vida até 30 anos
- Tempo de resposta rápido: Troca rápida entre carga e descarga, apenas 0.02 segundos;
Desvantagens:
- Baixa densidade de potência
- Grande pegada (tanque de armazenamento de eletrólito)
- Maiores requisitos de manutenção
- Contaminação cruzada de eletrólitos positivos e negativos
- Alguns exigem membranas de troca iônica caras
- As duas soluções possuem maiores volumes e menores energias específicas
- Baixa eficiência de conversão de energia (65-70%)
Aplicações adequadas:
Armazenamento de energia em grande escala a longo prazo
Aplicações que exigem baixo consumo de energia sustentado a longo prazo
⑧ Bateria de enxofre de lítio
Bateria de enxofre de lítio é uma bateria recarregável com lítio como ânodo e enxofre como cátodo. Pertence às baterias de lítio, mas como íons de sódio, o enxofre também é abundante nas reservas da Terra e possui características próprias de alta qualidade.
Há uma introdução mais abrangente e detalhada Bateria de enxofre de lítio vs. Bateria de íon de lítio – Como escolher neste artigo.
Vantagem:
- Alta densidade de energia, densidade de energia teórica pode atingir 2600 W/kg;
- Baixo custo
- Baixo consumo de energia
Desvantagens：
- Produtos de reação sólidos podem bloquear o contato entre o eletrólito e o ar, afetando o processo de reação
- A dificuldade técnica é alta, e a implementação da comercialização ainda está em pesquisa.
⑨ Bateria de óxido de cobalto e lítio(LCO, LiCoO2)
A bateria de óxido de cobalto e lítio também é uma bateria de lítio , em 6 Tipos químicos de baterias de íon de lítio que você pode escolher tem informações detalhadas sobre bateria de óxido de cobalto de lítio (LCO, LiCoO2) foi introduzido no artigo.
Vantagem:
- Alta energia específica (densidade de energia)
- Adequado para pequenos dispositivos eletrônicos portáteis
Desvantagens:
- Não é uma bateria de lítio de longa duração: normalmente tem uma vida útil de 500-1000 ciclos
- O preço do cobalto é bastante caro e não é rentável.
- Baixa estabilidade térmica e riscos potenciais à segurança.
- Limitação específica de potência: A potência específica mais baixa limita o desempenho da bateria de óxido de cobalto de lítio.
Com base em dados atuais do mercado, LCO não é um tipo de bateria particularmente popular.
A escolha dela como um dos tipos considerados de baterias de armazenamento de energia se deve a pesquisas como Construções contratuais de lantanídeos melhores baterias LiCoO2 de alta tensão.
Lantanídeo elementos também são muito raros na natureza, mas é difícil ignorar a sua contribuição para baterias de longa duração.
As reações químicas das baterias de polímero de lítio podem compensar a escassez de elementos de lítio, e os diferentes tipos de baterias produzidas pelas reações de vários elementos também dão ao mercado mais opções e vitalidade.
Além de focar no mercado mainstream, atenção também deve ser dada ao desenvolvimento futuro da indústria de baterias. Pode-se dizer que as baterias de óxido de cobalto e lantânio de lítio também são um tipo de bateria ao qual vale a pena prestar atenção.
Resumo
Como pode ser visto, a seleção ideal da bateria para armazenamento de energia leva em consideração os requisitos básicos de uso, como potência específica, densidade de energia, custo, segurança, e ciclo de vida.
Baterias de íon de lítio têm bom desempenho, mas alto custo, enquanto as baterias de chumbo-ácido têm baixo custo, mas sua resistência abrangente não atende totalmente à atual demanda do mercado de armazenamento de energia.
O desenvolvimento de baterias de íon de sódio e baterias de polímero de lítio de lantanídeo LCO também é promissor para o futuro.
GycxSolar possui produtos populares no mercado, como baterias de chumbo-ácido e baterias de lítio. Bem vindo fique a vontade para perguntar.
