锂電池儲能技術前景怎麽樣？

TIME: 2021-03-30 新聞資訊

到目前爲止，針對不同的領域、不同的需求，人們已提出和開發了多種儲能技術來滿足應用。全球儲能技術主要有物理儲能、化學儲能（如鈉硫電池、全釩液流電池、鉛酸電池、锂離子電池、超級電容器等）、電磁儲能和相變儲能等幾類。

化学储能—锂離子電池储能是目前最可行的技术路线

鉛酸電池是最老的也是最成熟的化學儲能方法，已有100多年的曆史，廣泛用于汽車啓動電源、電動自行車或摩托車動力電源、備用電源和照明電源等。鉛酸電池電極主要由鉛及其氧化物制成，電解液是硫酸溶液。充電時，正極主要成分爲二氧化鉛，負極主要成分爲鉛；放電時，正負極的主要成分均爲硫酸鉛。鉛酸電池可靠性好、原材料易得、價格便宜，但是其最佳充電電流爲0.1C左右，充電電流不能大于0.3C，放電電流一般要求在0.05～3C之間，很難滿足功率和容量同時兼顧的大規模蓄電要求。同時，鉛酸電池不可深度充放電，100%放電條件下對電池的壽命影響非常大（滿充放電條件下電池的循環壽命不足300次），並且充電末期水會分解爲氫氣、氧氣體析出，需經常加酸、加水，維護工作繁重，因此不適合在智能電網領域應用。

目前可以应用于智能电网领域的化学电源主要有钠硫电池、液流电池和锂離子電池。

鈉硫電池（NaS）以金屬鈉爲負極，硫爲正極，陶瓷管爲電解質隔膜。在一定的工作溫度下，鈉離子透過電解質隔膜與硫之間發生可逆反應，形成能量的釋放和儲存。鈉硫電池比能量高（理論比能量高達760Wh/kg）、可大電流充放電、使用壽命長（10～15年），是目前較經濟實用的儲能方法之一，主要應用目標是電站負荷調平、UPS應急電源及瞬間補償電源等領域。目前鈉硫電池技術領先的國家是日本，截至2007，日本年産鈉硫電池已超過100MW。2008年，日本二又風力發電站導入了NGK公司的17台鈉硫電池系統，蓄電能力34MW，成功地抑制了最大功率爲51MW的風力發電設備的功率變動，實現了計劃性地進行功率輸出，爲實現風電的並網發電提供了基礎。2009年，我國上海矽酸鹽研究所成功研制了100kW級關鍵技術，成爲繼日本之後世界上第二個掌握大容量鈉硫單體電池核心技術的國家。但是鈉硫電池需要高溫350℃熔解硫和鈉，需要附加供熱設備來維持溫度，同時過度充電時很危險，因此在安全性和免維護性方面存在不足。

全釩液流電池的研究始于1984年澳大利亞新南威爾士大學的Skyllas-kazacos研究小組，它是一種基于金屬釩元素的氧化還原可再生燃料電池儲能系統。液流電池采用質子交換膜作爲電池組的隔膜，電解質溶液平行流過電極表面並發生電化學反應，通過雙電極板收集和傳導電流使儲存在溶液中的化學能轉換成電能。液流儲能電池系統的額定功率和額定容量相互獨立，功率大小取決于電池堆，容量大小取決于電解液，可以通過增加電解液的量或提高電解質的濃度來實現增加電池容量，通過更換電解液實現“瞬間再充電”。液流電池的理論保存期無限，儲存壽命長，無自放電，能100%深度放電而不會損壞電池。這些特點使得液流電池成爲儲能技術的首選技術之一。目前液流儲能技術已在美國、德國、日本和英國等發達國家示範性應用，我國目前尚處于研究開發階段。全釩液流電池的難點在于通常使用的總釩離子濃度低于2mol/L，導致比能量只有25～35Wh/kg，電解液儲槽大、較難管理，而且正極液中的五價釩在靜置或溫度高于45℃的情況下易析出五氧化二釩沈澱，影響電池的使用壽命。

相比较而言，锂離子電池储能则是目前储能产品开发中最可行的技术路线。锂離子電池具有能量密度大、自放电小、没有记忆效应、工作温度范围宽、可快速充放电、使用寿命长、没有环境污染等优点，被称为绿色电池。表1是铅酸电池、钠硫电池、液流电池和以钛酸锂为负极的锂離子電池的比较，可以看出，铅酸电池的使用寿命较短，钠硫电池的不足在于工作温度较高，液流电池的能量密度较低，而以钛酸锂为负极的锂離子電池则显示出综合的性能优势。

由于钛酸锂爲零應變材料，可以避免由于電極材料的來回伸縮而導致結構破壞，從而大幅度提高了锂離子動力電池的使用壽命；並且由于钛酸锂具有較高的工作電位，即使過充電也很難在負極上形成锂枝晶，從而大大提高了锂離子動力電池的安全性。這些改進使得锂離子動力電池在儲能領域的應用成爲可能，目前以钛酸锂爲負極的锂離子動力電池儲能技術正成爲國內外競相開發的熱點。2008年，美國Altairnano公司開發出1MW钛酸锂儲能電池系統，經試運行表明可以輸出250kWh的能量，能量轉換效率大于90%。2010年，日本東芝（Toshiba）在年度經營方針會上宣布將采用钛酸锂負極材料開發儲能用超級锂電池（SCiB），憑借高功率SCiB钛酸锂電池的成功商業化，預計東芝的SCiB儲能電池將會很快面向市場。國內中信國安盟固利動力科技有限公司經過5年的技術開發，于2010年開發出了儲能領域應用的35Ah電池，

該電池循環壽命已接近8000次，可以5C倍率充放電，安全性能優異，目前該公司正在與合作單位共同開發兆瓦級儲能系統，預計該産品2011年可以面向市場銷售。

除了以钛酸锂为负极的锂离子动力电池可以应用在储能领域外，随着磷酸铁锂正极材料的应用，传统的碳负极锂离子动力电池的寿命和安全性也得到较大提高，也可应用于储能领域。2010年索尼推出了1.2kWh磷酸铁锂储能电池模块，具有最大2.5kW的输出功率。但是目前磷酸鐵锂電池还存在较严重的一致性问题，即使单体电池寿命可以达到2000次以上，电池成组后的寿命会大打折扣，并且磷酸铁锂材料的核心专利掌握在一些国际大公司手中，磷酸鐵锂電池的生产将面临专利纠纷问题。因此，目前锂离子储能电池产品中采用钛酸锂锂離子電池进行储能应该是最可行的技术路线。

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