9 typer av batteri – Vilka är de bästa batterierna för energilagring?

Olika typer av batterier har olika effekter när de används för energilagring. Världen är alltmer beroende av förnybara energikällor som sol- och vindkraft, och efterfrågan på tillförlitlig energilagring växer också. Därför, typerna av batterier uppfinns ständigt och utökas därefter.
Vi lagrar den energi som genereras under högenergiperioder för användning under perioder med hög efterfrågan eller när förnybar energi inte är tillgänglig. Metoden för att lagra energi är att lagra elektrisk energi som likström (DC) genom energilagringsbatterier, som behöver omvandlas till växelström (AC) för mänskligt bruk genom lagring eller solväxelriktare.

Därför, under senare år, batteriindustrin har gjort betydande framsteg, med mer avancerad teknik och mer ekonomiska priser.
Många föredrar integrerade energilösningar, såsom GycxSolars solenergilagring, eftersom det är lätt att använda och har bättre prestanda.
I den här artikeln, vi kommer att undersöka de mest lämpliga batterityperna för energilagringssystem och utforska några faktorer som bör beaktas vid val av energilagringsbatterier.

Vad är energilagring?

Energilagring är processen att lagra energi i specifika enheter eller system för fortsatt användning vid behov. I vid mening, energilagring avser att lagra energi i en form eller omvandla den till en annan form genom ett medium eller en enhet, och sedan släppa den genom utrustning enligt framtida applikationsbehov.
Snävt definierad energilagring avser en serie tekniker och åtgärder som använder kemiska eller fysikaliska metoder för att lagra den elektriska energi som genereras av kraftgenerering och frigöra den vid behov.

Energilagring hjälper människor att spara energi och använda den när efterfrågan ökar eller energin avbryts. Därför, energilagring upprätthåller alltid en balans mellan utbud och efterfrågan för konsumenterna, och förhindrar utmaningar som instabil el och stigande kostnader.
Eftersom energilagringsprocessen innebär omvandling av olika former av energi, energilagring kan hjälpa till att lagra solenergi, vind, och andra förnybara energikällor, gör driften av energilagring allt viktigare.

Vilka är de olika typerna av energilagring?

Från bifogat diagram, det kan ses att det finns olika typer av energilagring. Valet av energilagringstyper kan övervägas omfattande genom att utvärdera skalbarhet, varaktigheten av laddnings- och urladdningscykler, lagringskostnader, miljövänlighet, och andra aspekter. Det finns flera vanliga typer av energilagring på marknaden.

Mekanisk energilagring

Det innebär användning av termisk energi, vindenergi, vattenkraft, och vissa förnybara energikällor. Populära mekaniska system inkluderar pumpad lagring, svänghjulets energilagringskompression, och lagring av luftenergi.

Elektrokemisk lagring

Elektrokemisk energilagring involverar olika typer av batterienergilagringssystem. Batterier omvandlar kemisk energi till elektrisk energi. De två vanligaste typerna är uppladdningsbara batterier och flödesbatterier. Olika typer av batterier har sina egna egenskaper, och den här artikeln diskuterar främst laddningsbara batterier.

Jämförelse av 9 typer av energilagringsbatterier

Nästa, du kommer att se fördelarna och nackdelarna med 9 typer av batterier inom området energilagring. De är storebror i batterier – bly-syra batterier, den populära mainstreamen på marknaden – litiumjonbatterier, det populära forsknings- och utvecklingsmålet – natriumjonbatterier, den iögonfallande nya stjärnan i litiumpolymerelement – litiumsvavelbatterier, nickelvätebatterier, superkondensatorer, bränsleceller, flödesbatterier, och litiumkoboltoxidbatterier (LCO) i litiumkoboltoxidbatterier.

① Blybatteri

Blybatterier är ett av de äldsta, mest mogna, och ofta använda typer av uppladdningsbara batterier, som har använts för energilagring i decennier.
Blybatterier kanske är bekanta för dig eftersom de är det mest populära batteriet för fordon.
Blybatterier är generellt tunga och har kort livslängd. Beräknat baserat på en daglig laddning och urladdning, deras typiska livslängd är mindre än tre år. Men dess pris är det billigaste.

Blybatterier har ett omfattande återvinningssystem och är också den mest mogna typen av batteri i återvinningsprocessen. Enligt Energilagringsföreningen, dess materialåtervinningsgrad överstiger 90%, och vanliga blybatterier tillverkas från över 80% återvunnet material, vilket också är miljövänligt till viss del. Och blybatterier är också säkrare än vissa andra kemiska batterier eftersom deras aktiva ingredienser inte är brandfarliga.

Fördel:

• Råvaror är lätta att få tag på
• Priset och kostnaden är relativt låga
• Mogen och komplett teknik
• Bra temperaturprestanda, kan arbeta i en miljö av -40 ℃ -60 ℃.
• Lämplig för flytladdning, ingen minneseffekt.
• Förbrukade batterier är lätta att återvinna och hjälper till att skydda miljön.

Nackdelar:

• Låg energitäthet (energi densitet), i allmänhet mellan 30-40 Wh/kg.
• Kort livslängd (300 till 500 cykler)
• Relativt låg verkningsgrad (79-85%)
• Dålig prestanda vid hög temperatur
• Tillverkningsprocessen för denna typ av batteri är mycket utsatt för miljöföroreningar och måste vara utrustad med tre avfallsbehandlingsutrustningar.

Lämpliga applikationer:

• Off-grid energilagringssystem
• Reservkraftsystem
• Tillämpningar som kräver låg effekt/energitäthet

② Litiumjonbatteri

Efter att ha förstått storebror bly-syra batterier på batterimarknaden, låt oss ta en titt på den nuvarande vanliga marknaden – litiumjonbatterier.
Bland de 9 typer av batterier, litiumbatterier dominerar marknaden, redovisning för 92% av den globala installerade kapaciteten för elektrokemisk energilagring och 90% av den globala nätbatterilagringsmarknaden.

Litiumbatteriteknik är för närvarande den viktigaste och mest använda tekniken för lagring av elektrokemisk energi, med sina huvudsakliga marknadsapplikationer inom energilagring och elektroniska konsumentprodukter som mobiltelefoner, bärbara datorer, och nya energielfordon. Enligt rapporten om energilagringsteknik och kostnadsegenskaper från det amerikanska energidepartementet, för ett 4-timmars energilagringssystem, med tanke på kostnaden, prestanda, kalender och cykelliv, såväl som teknisk mognad, litiumjonbatterier är det bästa valet.

De huvudsakliga typerna av litiumjonbatterier som används för energilagring är:
Litiumjärnfosfat (LFP)
Det anses vara det bästa valet för fast energilagring på grund av dess höga säkerhet, lång livslängd, och låg kostnad.
LFP-batterier är mindre benägna att rinna av termiskt.  

Litiumnickel mangan koboltoxid (NMC)
Ger högre energitäthet än LFP, men med högre kostnad och något lägre termisk stabilitet.  

Litiumtitanat (LTO)
Den har utmärkt effekttäthet och livslängd (över 10000 cykler), och låg energitäthet, vilket gör den lämplig för applikationer som kräver frekvent laddning/urladdning.  

Fördel:

• Lätt och snabb laddningshastighet
• Lång cykellivslängd (2000-5000 cykler)
• Hög energitäthet och effekttäthet: Energitätheten för litiumjärnfosfatbatterier kan nå 210Wh/kg, och energitätheten för ternära litiumbatterier har överskridit 300Wh/kg
• Hög energiomvandlingseffektivitet, fram till 80-90%
• Snabb svarstid (under sekund till sekund), ingen minneseffekt
• Självurladdningshastigheten är relativt låg: den fulladdade Li-jonen har en självurladdningshastighet på ca 3% efter att ha förvarats i rumstemperatur i en månad, vilket är mycket lägre än 25-30% av Ni Cd och den 30-35% av I MH
• Innehåller inga skadliga tungmetaller för människokroppen, grönt och miljövänligt

Nackdelar:

• Kostnaden är högre än blybatterier och andra batterier
• Säkerhetsfrågor (risk för termisk flykt)
• Dålig prestanda vid hög temperatur
• Svårigheten att återvinna är hög, och återvinningsprocessen är komplex
• Reserverna är begränsade, och innehållet av litiumresurser i jordskorpan är endast 0.0065%. De nuvarande litiumresurserna kan inte stödja den kraftfulla utvecklingen av den elektrokemiska energilagringsindustrin i framtiden.

Lämpliga applikationer:

• Elfordon
• Energilagring (speciellt bostads/kommersiell solenergilagring)
• Energilagring i nätskala

③ Natriumjonbatteri

Som nämnts tidigare, även om litiumbatterier för närvarande är huvudströmmen på marknaden, resursreserverna av litium på jorden är begränsade.
Sedan den introducerades i 1991, litiumbatterier har dominerat området för energilagring. dock, efterfrågan på detta mineral har lett till en brist på litiumtillförsel, samt de resulterande prisökningarna och förseningarna, som blivit framträdande.
På senare år, olika industrier har undersökt alternativa råvaror för litium för att tillverka energilagringssystem. En av de mest möjliga typerna av batterier är natriumjonbatterier: det relativa överflödet och låga kostnaderna för detta mineral gör det till nästa revolution inom lagring av förnybar energi.

Natrium är en silvermjuk alkalisk metall som är mycket riklig i naturen. Ett natriumjonbatteri är ett laddningsbart batteri som använder natriumjoner (Na+) för laddning.
Funktionsprincipen för natriumjonbatterier liknar den för litiumjonbatterier, och deras kemiska egenskaper är båda alkaliska. Detta innebär att många elektrokemiska reaktioner kan appliceras på denna typ av batteri, eller åtminstone övervägt.
Under det förflutna 20 år, 53% patentforskning inom området natriumjonbatterier har genomförts i Kina, följt av Japan (16%) och USA (13%). Det företag som för närvarande spelar den viktigaste rollen inom denna teknik är det kinesiska företaget CATL.

Enligt Bloomberg New Energy Finance, förbi 2030, natriumjonbatterier kan stå för 23% av marknaden för fast energilagring, motsvarar över 50 GWh av marknadsintäkter.

Fördel:

• Hög energitäthet: Energitätheten för natriumenergilagringsbatterier kan nå 200Wh/kg
• Lång livslängd, med en livslängd på över tusentals gånger
• Rikligt med råvaror: Natriumbatterier för energilagring använder natriumjoner, som är allmänt närvarande element på jorden.
• Låg kostnad, eftersom jämfört med sällsynta metaller som litium, de materiella resurserna i energilagringsnatriumbatterier är rikligare och mer produktiva, så priset på natrium är relativt billigt, vilket bidrar till att minska den totala kostnaden för batterier
• Natriumjoner innehåller inga tungmetaller som förorenar miljön och har en relativt liten påverkan på miljön

Nackdelar:

• Större batterivolym: På grund av den större storleken på natriumjoner, en större elektrodyta krävs för att rymma fler joner, vilket resulterar i en större volym natriumenergilagringsbatterier med vissa utrymmeskrav.
• Stabiliteten är genomsnittlig: speciellt i komplexa miljöer som hög temperatur och högt tryck, natriumjoner är benägna för instabila reaktioner, vilket kan orsaka säkerhetsproblem som batteriförbränning och explosion, och ytterligare forskning och utveckling behövs för att lösa dem.
• Begränsad kommersiell tillämpning: Den kommersiella användningen av natriumenergilagringsbatterier är relativt begränsad, används för närvarande huvudsakligen för storskaliga energilagringssystem och specifika energilagringsbehov i vissa scenarier, såsom sol- och vindenergilagring.

④ Nikkelvätebatteri

Fördel:

• Viktens energitäthet är 65Wh/kg, och volymenergitätheten har ökat med 200Wh/L.
• Hög effekttäthet, kan acceptera större strömmar under laddning och urladdning
• Bra urladdningsprestanda vid låga temperaturer
• Hög cykellivslängd
• Miljövänlig och föroreningsfri

Nackdelar:

• Normalt driftstemperaturområde -15-40 ℃, dålig prestanda vid höga temperaturer
• Hög självurladdningshastighet
• Låg arbetsspänning, arbetsspänningsområde 1,0-1,4V
• Nickelvätebatteri priset är dyrare än blybatterier, men prestandan är sämre än litiumjonbatterier
• Därför, som en typ av batteri för energilagring, det rekommenderas inte.

⑤ Superkondensatorer

Superkondensatorer, även känd som superkondensatorer eller dubbelskiktskondensatorer, är ett energilagringssystem som har uppmärksammats av branschfolk. Lagra energi genom elektrostatiska laddningar.
Jämfört med batterier, superkondensatorer har högre effekt och kan laddas och laddas ur på kortare tid. Jämfört med batterier, deras specifika energi är relativt låg. Därför, den mest effektiva användningen av superkondensatorer är att ge en mycket kort strömstyrka för energiförsörjning. Ur detta perspektiv, superkondensatorer är för närvarande inte lämpliga för vanlig energilagring.

Fördel:

• Hög effekttäthet
• Kort laddningstid

Nackdelar:

• Låg energitäthet, endast 1-10 Wh/kg
• Batteritiden är för kort

Här är ett datablad för superkondensatorer och vanliga energilagringsbatterier som referens.

⑥ Bränslecell

Det finns flera typer av bränsleceller, och deras unika ligger i de olika möjligheterna för potentiella tillämpningar, med varje typ som fungerar lite olika. Om väte används som bränsle, produkterna är el, vatten, och värme, som kan användas för att generera ren och effektiv el.
Funktionsprincipen för bränsleceller liknar den för batterier, men de förbrukar inte sin ström eller kräver laddning. Så länge det finns bränsletillförsel, de kommer att generera el och värme.

Fördel:

• Högre än energi
• Hög individuell kapacitet
• Hög effekttäthet
• Miljövänlig och föroreningsfri

Nackdelar:

• Systemet är komplext och den tekniska mognaden är dålig
• Höga krav på svaveldioxid i luften
• Det är svårt att avgöra kvaliteten eller överlägsenheten av att använda olika bränslen som energilagringsbatterier, eftersom deras livslängd varierar

⑦ Flödesbatteri

Flödesbatterier är en relativt ny batteriteknik som blir allt mer populär i storskaliga energilagringsapplikationer.
Det är ett uppladdningsbart batteri där elektrolyt strömmar från en eller flera lagringstankar genom en elektrokemisk cell, lagra och frigöra energi genom den flytande elektrolyten som pumpas av batteripaketet.
På samma gång, lagringskapaciteten kan ökas genom att öka mängden elektrolyt som lagras i tanken.
Separationen av energinivå och effektnivå är en viktig prestandaegenskap för flödesbatterisystem.

Huvudtyperna är:
Vanadium Flow-batteri (VRFB)
Kan laddas ur helt under lång tid utan prestandaförsämring.
Lämplig för storskalig lagring i elnätet, men dyrt i pris.
Zinkbromidflödesbatteri
Den har hög energitäthet och breda utsikter vad gäller kostnad och livslängd.
dock, det finns fortfarande utrymme för förbättring av materialtillgänglighet, teknologi, och tillverkningsmognad.  

Fördel:

• Säker och pålitlig prestanda (icke brandfarlig elektrolyt)
• Djuputladdningsförmåga
• Har en hög laddningsurladdningshastighet
• Litiumjonbatteriets livslängd: cykelliv upp till 30 år
• Snabb svarstid: Snabb växling mellan laddning och urladdning, endast 0.02 sekunder;

Nackdelar:

• Låg effekttäthet
• Stort fotavtryck (elektrolytlagringstank)
• Högre underhållskrav
• Korskontaminering av positiva och negativa elektrolyter
• Vissa kräver dyra jonbytarmembran
• De två lösningarna har större volymer och lägre specifika energier
• Låg energiomvandlingseffektivitet (65-70%)

Lämpliga applikationer:
Långsiktig storskalig energilagring
Tillämpningar som kräver långvarig låg energiförbrukning

⑧ Litiumsvavelbatteri

Litiumsvavelbatteri är ett uppladdningsbart batteri med litium som anod och svavel som katod. Det tillhör litiumbatterier, men som natriumjoner, svavel är också rikligt i reserver på jorden och har sina egna högkvalitativa egenskaper.
Det finns en mer omfattande och detaljerad introduktion till Litiumsvavelbatteri vs. Litiumjonbatteri – Hur man väljer i den här artikeln.

Fördel:

• Hög energitäthet, teoretisk energitäthet kan nå 2600 Wh/kg;
• Låg kostnad
• Låg energiförbrukning

Nackdelar：

• Fasta reaktionsprodukter kan blockera kontakten mellan elektrolyt och luft, påverkar reaktionsprocessen
• Den tekniska svårigheten är hög, och kommersialiseringsimplementeringen är fortfarande under forskning.

⑨ Litiumkoboltoxidbatteri(LCO, LiCoO2)

Litiumkoboltoxidbatteri är också ett litiumbatteri , i 6 Kemiska typer av litiumjonbatterier som du kan välja mellan har detaljerad information om litiumkoboltoxidbatteri (LCO, LiCoO2) har införts i artikeln.

Fördel:

• Hög specifik energi (energi densitet)
• Lämplig för små bärbara elektroniska enheter

Nackdelar:

• Inte ett litiumbatteri med lång livslängd: har vanligtvis en livslängd på 500-1000 cykler
• Priset på kobolt är ganska dyrt och inte kostnadseffektivt.
• Låg termisk stabilitet och potentiella säkerhetsrisker.
• Specifik effektbegränsning: Den lägre specifika effekten begränsar prestanda för litiumkoboltoxidbatterier.

Baserat på aktuella marknadsdata, LCO är inte en särskilt populär batterityp.
Att välja det som en av de övervägda typerna av energilagringsbatterier beror på forskning som t.ex Lantanid Kontraktsbyggnader Bättre LiCoO2-batterier med hög spänning.
Lantanid element är också mycket sällsynta i naturen, men deras bidrag till långvariga batterier är svårt att ignorera.

De kemiska reaktionerna hos litiumpolymerbatterier kan kompensera för bristen på litiumelement, och de olika typer av batterier som produceras av reaktioner från olika element ger också marknaden fler valmöjligheter och vitalitet.
Förutom att fokusera på den vanliga marknaden, uppmärksamhet bör också ägnas åt den framtida utvecklingen av batteriindustrin. Man kan säga att litiumlantan-koboltoxidbatterier också är en typ av batteri värd att uppmärksamma.

Sammanfattning

Som man kan se, det optimala batterivalet för energilagring tar hänsyn till grundläggande användningskrav som specifik effekt, energi densitet, kosta, säkerhet, och cykelliv.
Litiumjonbatterier har bra prestanda men höga kostnader, medan blybatterier har låg kostnad, men deras omfattande styrka uppfyller inte helt den nuvarande efterfrågan på energilagringsmarknaden.
Utvecklingen av natriumjonbatterier och LCO lantanid litiumpolymerbatterier är också lovande för framtiden.

GycxSolar har populära produkter på marknaden som blybatterier och litiumbatterier. Välkommen att höra av dig.