不同类型的电池应用于储能时有不同的效果. 世界越来越依赖太阳能和风能等可再生能源, 对可靠储能的需求也在不断增长. 所以, 电池的类型不断被发明并相应扩展.
我们储存能源高峰期产生的能源，以便在需求高峰期或可再生能源不可用时使用. 储存能量的方法是将电能储存为直流电 (直流电) 通过储能电池, 需要转换成交流电 (空调) 通过存储或太阳能逆变器供人类使用.
所以, 最近几年, 电池产业取得重大进展, 拥有更先进的技术和更经济的价格.
许多人更喜欢综合能源解决方案, 例如GycxSolar的太阳能存储, 因为它易于使用并且具有更好的性能.
在本文中, 我们将调查最适合储能系统的电池类型，并探讨选择储能电池时应考虑的一些因素.
目录
什么是储能?
能量存储是将能量存储在特定设备或系统中以便根据需要继续使用的过程. 广义上, 储能是指以一种形式存储能量或通过介质或设备将其转换为另一种形式, 然后根据未来的应用需求通过设备发布.
狭义的储能是指采用化学或物理方法将发电产生的电能储存起来并在需要时释放的一系列技术和措施.
储能帮助人类节省能源，并在需求增加或能源中断时使用它. 所以, 储能始终保持消费者供需平衡, 并防止电力不稳定和成本上升等挑战.
因为能量储存过程涉及到不同形式能量的转换, 储能可以帮助储存太阳能, 风, 和其他可再生能源, 使得储能的运行变得越来越重要.
储能有哪些不同类型?
从附图来看, 可见，储能有多种类型. 储能类型的选择可以通过评估可扩展性来综合考虑, 充电和放电周期的持续时间, 储存成本, 环境友好, 以及其他方面. 市场上常见的储能类型有以下几种.
机械储能
它涉及热能的利用, 风能, 水能, 和一些可再生能源. 流行的机械系统包括抽水蓄能, 飞轮储能压缩, 和空气储能.
电化学存储
电化学储能涉及各类电池储能系统. 电池将化学能转化为电能. 两种最常见的类型是可充电电池和液流电池. 不同类型的电池有各自的特点, 而本文主要讨论充电电池.
比较 9 储能电池的种类
下一个, 你会看到优点和缺点 9 储能领域的电池类型. 他们是电池界的老大哥 – 铅酸电池, 市场流行主流 – 锂离子电池, 热门研发目标 – 钠离子电池, 锂聚合物元件中引人注目的新星 – 锂硫电池, 镍氢电池, 超级电容器, 燃料电池, 液流电池, 和锂钴氧化物电池 (液态二氧化碳) 在钴酸锂电池中.
① 铅酸蓄电池
铅酸电池是最古老的电池之一, 最成熟, 以及广泛使用的充电电池类型, 几十年来一直用于能源储存.
您可能很熟悉铅酸电池，因为它们是最流行的车辆电池.
铅酸电池 一般较重且寿命短. 按每日充放电操作计算, 它们的典型循环寿命不到三年. 但它的价格是最便宜的.
铅酸电池拥有完善的回收体系，也是回收工艺最成熟的电池类型. 据储能协会称, 其材料回收率超过 90%, 而普通的铅蓄电池是由以上材料制成的 80% 回收材料, 这在一定程度上也是环保的. 而且铅酸电池也比其他一些化学电池更安全，因为其活性成分不易燃.
优势:
- 原材料容易获得
- 价格和成本都比较低
- 技术成熟完整
- 良好的温度性能, 可以在以下环境中工作 -40 ℃ -60 ℃.
- 适合浮充电, 无记忆效应.
- 废旧电池易于回收，有利于保护环境.
缺点:
- 能量密度低 (能量密度), 一般介于 30-40 瓦时/公斤.
- 循环寿命短 (300 到 500 周期)
- 效率相对较低 (79-85%)
- 高温性能差
- 该类电池的制造过程极易造成环境污染，必须配备三废处理设备.
适合的应用:
- 离网储能系统
- 备用电源系统
- 需要低功率/能量密度的应用
② 锂离子电池
了解了电池市场中的老大哥铅酸电池后, 我们来看看目前的主流市场 – 锂离子电池.
其中 9 电池类型, 锂电池主导市场, 核算 92% 全球电化学储能装机容量 90% 全球电网电池存储市场.
锂电池技术是目前最重要、最常用的电化学储能技术, 主要市场应用在储能和手机等电子消费产品, 笔记本电脑, 和新能源电动汽车. 根据美国能源部关于储能技术和成本特征的报告, 4小时储能系统, 考虑成本, 表现, 日历和循环寿命, 以及技术成熟度, 锂离子电池 是最好的选择.
用于储能的锂离子电池主要类型有:
磷酸铁锂 (磷酸铁锂)
由于其高安全性被认为是固定储能的最佳选择, 寿命长, 且成本低.
磷酸铁锂电池不易发生热失控.
镍锰钴酸锂 (国家管理委员会)
提供比 LFP 更高的能量密度, 但成本较高，热稳定性稍差.
钛酸锂 (低温氧化)
具有优异的功率密度和循环寿命 (超过 10000 周期), 和低能量密度, 使其适合需要频繁充电/放电的应用.
优势:
- 重量轻、充电速度快
- 循环寿命长 (2000-5000 周期)
- 高能量密度和功率密度: 磷酸铁锂电池能量密度可达210Wh/kg, 三元锂电池能量密度已突破300Wh/kg
- 能量转换效率高, 最多 80-90%
- 快速响应时间 (亚秒到秒), 无记忆效应
- 自放电率较低: 充满电的锂离子的自放电率约为 3% 室温保存1个月后, 这比 25-30% 镍镉和 30-35% MH 的
- 不含任何对人体有害的重金属元素, 绿色环保
缺点:
- 成本高于铅酸电池及其他电池
- 安全问题 (热失控风险)
- 高温性能差
- 回收难度高, 而且回收过程复杂
- 储备量有限, 而地壳中锂资源的含量仅为 0.0065%. 目前的锂资源无法支撑未来电化学储能产业的蓬勃发展.
适合的应用:
- 电动车
- 储能 (特别是住宅/商业太阳能存储)
- 电网规模储能
③ 钠离子电池
正如前面提到的, 虽然目前锂电池是市场主流, 地球上的锂资源储量有限.
自推出以来 1991, 锂电池在储能领域占据主导地位. 然而, 对这种矿物的需求导致了锂供应短缺, 以及由此产生的价格上涨和延误, 已成为突出的.
最近几年, 各行业一直在探索锂的替代原材料来制造储能系统. 最可行的电池类型之一是 钠离子电池: 这种矿物的相对丰富和低成本使其成为可再生能源存储的下一场革命.
钠是一种银质软碱金属，自然界中含量非常丰富. 钠离子电池是一种使用钠离子的可充电电池 (钠+) 用于充电.
钠离子电池的工作原理与锂离子电池类似, 它们的化学性质都是碱性的. 这意味着许多电化学反应可以应用于此类电池, 或至少考虑.
过去的事 20 年, 53% 中国在钠离子电池领域开展的专利研究活动, 其次是日本 (16%) 和美国 (13%). 目前在这项技术中发挥最重要作用的公司是中国公司CATL.
据彭博新能源财经报道, 经过 2030, 钠离子电池可能占 23% 固定储能市场, 相当于超过 50 市场收入 GWh.
优势:
- 高能量密度: 钠储能电池能量密度可达200Wh/kg
- 使用寿命长, 循环寿命达数千次以上
- 原料丰富: 用于储能的钠电池使用钠离子, 地球上广泛存在的元素.
- 低成本, 因为与锂等稀有金属相比, 储能钠电池物质资源更加丰富多产, 所以钠的价格相对便宜, 有利于降低电池综合成本
- 钠离子不含污染环境的重金属，对环境影响相对较小
缺点:
- 更大的电池容量: 由于钠离子尺寸较大, 需要更大的电极表面积来容纳更多的离子, 导致钠储能电池体积较大，有一定的空间要求.
- 稳定性一般: 尤其是在高温、高压等复杂环境下, 钠离子容易发生不稳定反应, 可能会造成电池燃烧、爆炸等安全问题, 并需要进一步的研究和开发来解决它们.
- 有限的商业应用: 钠储能电池的商业化应用相对有限, 目前主要用于大规模储能系统以及某些场景下的特定储能需求, 例如太阳能和风能存储.
④ 镍氢电池
优势:
- 重量能量密度65Wh/kg, 体积能量密度提高200Wh/L.
- 高功率密度, 在充电和放电过程中能够接受更大的电流
- 良好的低温放电性能
- 高循环寿命
- 环保无污染
缺点:
- 正常工作温度范围 -15-40 ℃, 高温性能差
- 高自放电率
- 工作电压低, 工作电压范围1.0-1.4V
- 镍氢电池 价格比铅酸电池贵, 但性能比锂离子电池差
- 所以, 作为一种能量存储电池, 不推荐.
⑤超级电容器
超级电容器, 也称为超级电容器或双层电容器, 是备受行业专业人士关注的储能系统. 通过静电荷储存能量.
与电池相比, 超级电容器具有更高的功率，并且可以在更短的时间内充电和放电. 与电池相比, 它们的比能量相对较低. 所以, 超级电容器最有效的用途是提供非常短暂的功率浪涌供能. 从这个角度来看, 超级电容器 目前不适合主流储能.
优势:
- 高功率密度
- 充电时间短
缺点:
- 能量密度低, 仅有的 1-10 瓦时/公斤
- 电池寿命太短
这里有一份超级电容和普通储能电池的数据表供参考.
⑥ 燃料电池
有多种类型 燃料电池, 它们的独特之处在于潜在应用的各种可能性, 每种类型的工作方式略有不同. 如果使用氢气作为燃料, 产品是电力, 水, 和热量, 可用于产生清洁高效的电力.
燃料电池的工作原理与电池类似, 但它们不会耗尽电量或需要充电. 只要有燃料供应, 它们将产生电力和热量.
优势:
- 高于能量
- 个人能力高
- 高功率密度
- 环保无污染
缺点:
- 系统复杂，技术成熟度差
- 对空气中二氧化硫要求较高
- 使用不同燃料作为储能电池的质量或优越性很难确定, 因为它们的使用寿命各不相同
⑦ 液流电池
液流电池 是一种相对较新的电池技术，在大规模储能应用中越来越受欢迎.
它是一种可充电电池，其中电解液从一个或多个储罐流过电化学电池, 通过电池组泵送的液体电解质来存储和释放能量.
同时, 可以通过增加槽内储存电解液的量来增加储存容量.
能级和功率级的分离是液流电池系统的重要性能特征.
主要类型有:
全钒液流电池 (VRFB)
可长时间完全放电而不降低性能.
适合电网大规模存储, 但价格昂贵.
溴化锌液流电池
能量密度高，在成本和寿命方面前景广阔.
然而, 材料供应仍有提升空间, 技术, 和制造成熟度.
优势:
- 性能安全可靠 (不易燃电解质)
- 深度放电能力
- 具有高充放电倍率
- 锂离子电池寿命: 循环寿命可达 30 年
- 快速响应时间: 充电、放电快速切换, 仅有的 0.02 秒;
缺点:
- 低功率密度
- 占地面积大 (电解液储罐)
- 更高的维护要求
- 正负极电解液交叉污染
- 有些需要昂贵的离子交换膜
- 这两种溶液具有较大的体积和较低的比能
- 能量转换效率低 (65-70%)
适合的应用:
长期大规模储能
需要长期持续低功耗的应用
⑧ 锂硫电池
锂硫电池 是以锂为阳极、硫为阴极的可充电电池. 属于锂电池, 但像钠离子, 硫磺在地球上的储量也很丰富，并且有其自身的优质特性.
里面有更全面、更详细的介绍 锂硫电池与. 锂离子电池 – 如何选择 在本文中.
优势:
- 高能量密度, 理论能量密度可达 2600 瓦时/公斤;
- 低成本
- 能耗低
缺点：
- 固体反应产物可以阻止电解质和空气之间的接触, 影响反应过程
- 技术难度高, 且商业化实施仍在研究中.
⑨ 钴酸锂电池(液态二氧化碳, 钴酸锂)
钴酸锂电池也是锂电池 , 在 6 可供选择的锂离子电池的化学类型 有关于钴酸锂电池的详细信息 (液态二氧化碳, 钴酸锂) 文章中已经介绍过.
优势:
- 高比能 (能量密度)
- 适用于小型便携式电子设备
缺点:
- 锂电池寿命不长: 通常有一个寿命 500-1000 周期
- 钴的价格相当昂贵，性价比不高.
- 热稳定性低，存在安全隐患.
- 特定功率限制: 较低的比功率限制了钴酸锂电池的性能.
根据当前市场数据, LCO 不是特别受欢迎的电池类型.
选择它作为考虑的储能电池类型之一是由于以下研究： 稀土合同打造更好的高压 LiCoO2 电池.
镧系元素 元素在自然界中也非常稀有, 但它们对持久电池的贡献不容忽视.
锂聚合物电池的化学反应可以弥补锂元素的稀缺, 而各种元素反应产生的不同类型的电池也给了市场更多的选择和活力.
除了专注主流市场, 电池行业未来发展也值得关注. 可以说，锂钴酸锂电池也是值得关注的一类电池.
概括
可以看出, 用于储能的最佳电池选择考虑了基本使用要求，例如比功率, 能量密度, 成本, 安全, 和循环寿命.
锂离子电池性能好但成本高, 铅酸电池虽然成本低，但综合实力并不能完全满足当前储能市场需求.
钠离子电池和LCO镧系锂聚合物电池的发展未来也大有可为.
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