2.1-2.2 典型儲(chǔ)能電池認(rèn)知

NEWENERGY典型儲(chǔ)能電池認(rèn)知儲(chǔ)能技術(shù)課前回顧：1、儲(chǔ)能技術(shù)按能量儲(chǔ)存形式分為哪幾類？2、儲(chǔ)能技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用有哪些？1.了解儲(chǔ)能電池的分類和基本原理2.明確儲(chǔ)能電池的發(fā)展與應(yīng)用3.明確幾種典型儲(chǔ)能電池的特點(diǎn)學(xué)習(xí)目標(biāo)與任務(wù)典型的儲(chǔ)能電池種類01鉛酸蓄電池02鎳基二次堿性電池03鋰離子電池鉛酸蓄電池1860年普蘭特在法國科學(xué)院展示了世界上第一個(gè)鉛酸蓄電池20世紀(jì)中葉鉛酸蓄電池開始了一輪技術(shù)發(fā)展高潮，許多新材料和新工藝迅猛發(fā)展20世紀(jì)90年代美國出現(xiàn)一種稱作“水平電池”的密封鉛酸蓄電池，3小時(shí)率比能量已達(dá)到50W·h/kg19世紀(jì)80年代初期相對(duì)簡單的鉛酸蓄電池制造工藝和高質(zhì)量的蓄電池被開發(fā)出來，得到廣泛的實(shí)際應(yīng)用20世紀(jì)70-80年代開始確定閥控式密封鉛酸蓄電池的基本工藝20世紀(jì)末期鉛酸蓄電池為全球占有率最高的儲(chǔ)電裝置產(chǎn)品鉛酸蓄電池基本概念電極：鉛及其氧化物電解液：硫酸溶液充電：電能→化學(xué)能放電：化學(xué)能→電能鉛酸蓄電池基本概念電池容量蓄電池在規(guī)定的放電條件下電池輸出的電量。用C表示，單位：A·h、mA·h標(biāo)準(zhǔn)容量（額定流量）：在規(guī)定的條件下，蓄電池完全充電后所能提供的、由電池生產(chǎn)者規(guī)定的、表征電池容量的標(biāo)準(zhǔn)值，一般規(guī)定用恒定電流在20℃或室溫下的放電容量作為額定容量剩余容量：蓄電池在經(jīng)過一定時(shí)間放電后所能繼續(xù)放出的電量鉛酸蓄電池基本概念放電速率表示放電快慢的一種度量。為了對(duì)不同容量的電池加以比較，電池的放電電流不用電流的絕對(duì)值表示，而是用電池容量C和放電時(shí)間T的比表示，稱為電池的放電速率例如一個(gè)容量為50A·h的電池，對(duì)它進(jìn)行2h的放電后，電池的電量完全放完，則它的放電速率為：I=C/2=0.5C鉛酸蓄電池基本概念荷電狀態(tài)某時(shí)刻電池所剩電量Cr與電池標(biāo)稱總?cè)萘緾t之比。用SOC表示通常把一定溫度下電池充電到不能再吸收能量的狀態(tài)定義為完全荷電狀態(tài)或100%荷電狀態(tài)將電池不能放出能量的狀態(tài)定義為0%荷電狀態(tài)鉛酸蓄電池基本概念放電深度蓄電池在使用過程中，電池放出的容量Ce與電池標(biāo)準(zhǔn)容量Ct之比。用DOD表示SOC+DOD=1放電深度的高低和蓄電池的充電壽命有很密切的關(guān)系。蓄電池的放電深度越深，其充電壽命就越短，會(huì)導(dǎo)致電池的使用壽命變短。為了延長電池的使用壽命，在使用時(shí)應(yīng)盡量避免電池處于深度放電狀態(tài)鉛酸蓄電池基本概念放電特性曲線蓄電池在不同溫度下分別以不同的電流值放電時(shí)，電流電壓對(duì)于放電時(shí)間的關(guān)系曲線充電特性曲線蓄電池在不同溫度下分別以不同的電流值恒流充電時(shí)，電池電壓對(duì)于充電時(shí)間的曲線鉛酸蓄電池基本概念比能量單位質(zhì)量或單位體積的蓄電池的實(shí)際電性能，通常用W·h/kg、W·h/L表示平均電壓蓄電池在充電或放電期間的電壓的平均值充電終止電壓在規(guī)定的恒流充電期間，蓄電池達(dá)到完全荷電狀態(tài)時(shí)的電壓自放電蓄電池不與外電路連接時(shí)，由于蓄電池自放電反應(yīng)而引起的化學(xué)能的損失過充電電池完全充電后仍連續(xù)進(jìn)行充電，則電池處于過充電狀態(tài)鉛酸蓄電池工作原理充電：當(dāng)直流電壓連接蓄電池后，電流從蓄電池的正極流入、負(fù)極流出，此時(shí)蓄電池內(nèi)部發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)，從而將電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能儲(chǔ)存起來；放電：當(dāng)蓄電池與外部負(fù)載連接時(shí)，浸在電解液中的正負(fù)極板發(fā)生化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生電流，電流驅(qū)動(dòng)外界負(fù)載，從而將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能。正極負(fù)極負(fù)極：Pb+HSO4--2e-?PbSO4+H+放充正極：PbO2+3H++HSO4-+2e-?PbSO4+2H2O放充鉛酸蓄電池特點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)1/

工作電壓高2/

安全可靠3/

易于保養(yǎng)維護(hù)4/

壽命較長5/可循環(huán)利用6/造假較低7/

原材料容易回收利用缺點(diǎn)1/

過充電容易析出氣體2/

腐蝕性強(qiáng)3/

比能量偏低4/

循環(huán)壽命較短鉛酸蓄電池分類——按用途分類用于各種汽車、拖拉機(jī)、柴油機(jī)、船舶和海上平臺(tái)的內(nèi)燃機(jī)起動(dòng)、點(diǎn)火和照明，要求此類鉛酸蓄電池啟動(dòng)時(shí)具有大電流放電、低溫啟動(dòng)性能可靠、電池內(nèi)阻小起動(dòng)用鉛酸蓄電池為各種蓄電池車、鏟車、礦用電機(jī)車、叉車等提供動(dòng)力的鉛酸蓄電池，要求此類鉛酸蓄電池的極板厚、容量大動(dòng)力用鉛酸蓄電池用于發(fā)電廠、變電站、通信、醫(yī)療等機(jī)構(gòu)，作為保護(hù)、自動(dòng)控制、事故照明、通信的備用電源，要求此類鉛酸蓄電池電解液稀、壽命長、浮充使用固定用鉛酸蓄電池包括小型閥控式密封鉛酸蓄電池、礦燈用鉛酸蓄電池、微型鉛酸蓄電池等其他用途鉛酸蓄電池鉛酸蓄電池分類——按發(fā)展歷程分類無永久性蓋子，內(nèi)部有流動(dòng)的電解液，充放電時(shí)產(chǎn)生的氣體和酸霧可以自由逸出，容易造成環(huán)境污染，有一定危險(xiǎn)性開口式（富液式）富液式免維護(hù)閥控式密封出現(xiàn)于20世紀(jì)70年代。一定程度上解決了電池充電失水問題，蓄電池在3~5年的使用期限內(nèi)不需補(bǔ)加水，主要用于汽車等車輛起動(dòng)裝有安全閥，當(dāng)電池內(nèi)壓過大時(shí)可排出氣體，外界氣體不能進(jìn)入電池內(nèi)部。結(jié)束了100多年來鉛酸蓄電池的開口時(shí)代鉛酸蓄電池分類——其它分類鉛酸蓄電池新結(jié)構(gòu)：水平式鉛酸蓄電池卷繞式鉛酸蓄電池雙極性式鉛酸蓄電池按容量分類：2V、4V、6V、8V、12V、24V等系列，200~3000A·h的10種容量型號(hào)目前廣泛使用的汽車鉛酸蓄電池為12V和36V汽車鉛酸蓄電池按制造方法分類：澆鑄板柵、拉網(wǎng)板柵、鉛布板柵鉛蓄電池等鎳鎘電池由瑞典尤格爾發(fā)明189950年代至60年代初期主要發(fā)展大電流放電的燒結(jié)式電池用于飛機(jī)、坦克、火車等各種引擎的起動(dòng)20世紀(jì)50年代以前電極結(jié)構(gòu)：極板盒式（或袋式）主要用作起動(dòng)、照明、牽引及信號(hào)燈的電源60年代以后著重發(fā)展了密封式電池可滿足大功率放電的要求，用于導(dǎo)彈、火箭及人造衛(wèi)星的能源系統(tǒng)，在空間應(yīng)用中常與太陽能電池匹配鎳鎘電池工作原理（開口式為例）負(fù)極：Cd+2OH-?Cd(OH)2+2e-放充正極：2NiOOH+2H2O+2e-?2Ni(OH)2+2OH-放充總反應(yīng)：Cd+2NiOOH+2H2O?2Ni(OH)2+Cd(OH)2放充鎳鎘電池型號(hào)電池型號(hào)組成及排列順序：系列代號(hào)

形狀代號(hào)

放電倍率代號(hào)

結(jié)構(gòu)形式代號(hào)

額定容量鎳鎘電池：GN開口電池：不標(biāo)注密封電池：Y-圓形B-扁形F-方形全密封：在右下角加一個(gè)腳注“1”D-低Z-中G-高C-超高思考以下幾個(gè)型號(hào)的意義：GNY4、18GNY500m、GN20、GNF120鎳鎘電池主要特征高壽命記憶效應(yīng)優(yōu)異的放電性能儲(chǔ)存期長大范圍溫度適應(yīng)性高倍率充電特性可靠的安全閥廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域高質(zhì)量、高可靠性鎳鎘電池性能充放電特性充電電流越大，充電電壓越高，且這些充電曲線都有一個(gè)最高點(diǎn)放電平臺(tái)在1.2V左右，鎳鎘電池容量受到電溫度和放電倍率的影響鎳鎘電池性能自放電特性和儲(chǔ)存特性自放電指電池在不對(duì)外界放電的情況下，內(nèi)部進(jìn)行自我放電高溫儲(chǔ)存下電池自放電嚴(yán)重，儲(chǔ)存能力隨著環(huán)境溫度的升高而減弱鎳鎘電池性能循環(huán)壽命指電池在一定的充放電條件下，容量跌至某規(guī)定值時(shí)（比如初始容量的70%）所經(jīng)歷的充放電次數(shù)，一次充放電稱為一個(gè)循環(huán)或周期電池在沒有完全放完電的情況下對(duì)電池進(jìn)行充電，會(huì)出現(xiàn)電池容量無法回到原來水平的現(xiàn)象記憶效應(yīng)鎳鎘電池保養(yǎng)原則鎳鎘電池應(yīng)少用大電流充電，應(yīng)使用匹配的充電器，不宜過充>鎳鎘電池若暫時(shí)不用，應(yīng)充滿存放在干燥陰涼通風(fēng)處，且定期進(jìn)行一次充放電或涓流充電>多節(jié)鎳鎘電池的使用應(yīng)選用性能相近的電池，不應(yīng)新舊電池混用>嚴(yán)禁對(duì)鎳鎘電池反向充電>鎳氫電池20世紀(jì)60年代末至70年代末可行性研究階段20世紀(jì)70年代末至80年代末20世紀(jì)90年代初至今實(shí)用性研究階段產(chǎn)業(yè)化階段1984年開始，荷蘭、日本、美國都致力于研究開發(fā)儲(chǔ)氫合金電極；1988年美國以及1989年日本等電池公司先后成功開發(fā)鎳氫電池我國于20世紀(jì)80年代末研制成功電池儲(chǔ)氫合金，1990年研制成功AA型鎳氫電池，截至2005年年底，全國已有100多家企業(yè)能批量生產(chǎn)各種型號(hào)規(guī)格的鎳氫電池，國產(chǎn)鎳氫電池的綜合性能已經(jīng)達(dá)到國際先進(jìn)水平鎳氫電池工作原理充電時(shí)，正極Ni(OH)2被氧化成NiOOH，負(fù)極上的H2O得到電子變?yōu)镺H-及氫原子嵌入到儲(chǔ)氫合金；而放電的時(shí)候是相反的過程，從而形成一個(gè)可逆的化學(xué)反應(yīng)鎳氫電池型號(hào)與特點(diǎn)通常有A、AA、AAA、AAAA、SC、C、D、F等型號(hào)，民用電池5號(hào)為AA電池，7號(hào)為AAA電池，1號(hào)為D電池，2號(hào)為C電池。型號(hào)光身直徑/mm標(biāo)準(zhǔn)高度/mm容量范圍/(mA·h)AAAA8.240.0300以下AAA10.043.0700以下10.143.01000以下AA13.949.01500以下14.150.02500以下A16.550.02500以下SC22.043.03500以下C25.249.04500以下D32.260.09000以下F32.290.013000以下鎳氫電池型號(hào)與特點(diǎn)充電特性：溫度與充電速率對(duì)鎳氫電池的充電電壓有明顯的影響；溫度高，充電電壓低；充電速率快，充電電壓高鎳氫電池型號(hào)與特點(diǎn)放電特性：鎳氫電池放電過程總的容量和電壓與使用條件有關(guān)，如放電倍率、環(huán)境溫度等。一般情況下，放電倍率越大，放電容量與放電電壓越低；環(huán)境溫度下降，放電容量與放電電壓下降鎳氫電池型號(hào)與特點(diǎn)溫度特性：由于充電效率依賴于溫度，因此，在較高的溫度下充電時(shí)，電池的放電容量會(huì)降低。在相同放電倍率下，環(huán)境溫度不同，放電電壓也不同。隨著放電倍率提高，溫度對(duì)放電容量的影響越來越顯著，特別是在低溫條件下放電時(shí)，放電容量下降更明顯鎳氫電池型號(hào)與特點(diǎn)自放電特性：儲(chǔ)氫合金的析氫平臺(tái)壓力越高，氫氣越容易從合金中逸出，自放電越明顯；溫度越高，鎳氫電池自放電越大；隔膜選擇不當(dāng)，組裝不合理，隨著電池充放電次數(shù)的增加，合金粉末出現(xiàn)脫落或形成枝晶等現(xiàn)象，都會(huì)加速自放電，甚至短路鎳氫電池型號(hào)與特點(diǎn)循環(huán)壽命：鎳氫電池的容量隨著充放電次數(shù)的增加而減少，要提高鎳氫電池的循環(huán)壽命，除了改善電極的性能之外，還要改善電池的組裝工藝鎳氫電池性能測試與保養(yǎng)工作電壓又稱放電電壓。鎳氫電池工作電壓為1.2V，指的是放電電壓的平臺(tái)電壓，它是鎳氫電池的重要性能指標(biāo)，它的高低與放電過程中電壓的衰減密切相關(guān)電池放電時(shí)有三種工作方式：恒電阻放電恒電流放電恒功率放電鎳氫電池性能測試與保養(yǎng)工作電壓隨著放電電流的加大，電極的極化增加，歐姆壓降也增大，使電池的工作電壓下降；隨著鎳氫電池放電深度的增大，電池中活性組分濃度的降低，電池的電動(dòng)勢、開路電壓和工作電壓都逐漸下降鎳氫電池性能測試與保養(yǎng)放電性能分為恒電流和恒電阻放電放電電流的大小直接影響到電池的放電性能電池的放電電壓是衡量電池放電性能的一個(gè)重要指標(biāo)。一般來說，電池的放電特性可以用放電曲線加以表征。放電曲線反映了整個(gè)放電過程中工作電壓的變化過程鎳氫電池性能測試與保養(yǎng)自放電和儲(chǔ)存性能自放電與溫度有很大的關(guān)系，溫度越高，自放電越大電池的保存除了合適的儲(chǔ)存溫度和濕度條件外，必須注意以下方面：長期放置的電池應(yīng)該采用荷電狀態(tài)儲(chǔ)存，一般可預(yù)充50%~100%的電量后儲(chǔ)藏在儲(chǔ)存過程中，要保證至少每3個(gè)月對(duì)電池充電一次，以恢復(fù)到飽和容量鋰離子電池鋰離子電池工作原理鋰離子從正極脫嵌，向負(fù)極移動(dòng)，嵌入負(fù)極鋰離子從負(fù)極脫嵌，向正極移動(dòng)，嵌入正極鋰離子電池分類按照正/負(fù)極材料類型、電池形狀、封裝類型等可進(jìn)行如下分類：電極正極材料鈷酸鋰電池磷酸鐵鋰電池錳酸鋰電池三元材料電池電極正極材料石墨負(fù)極電池錫基、硅基電池鈦酸鋰負(fù)極電池電池封裝圓柱形電池鋼殼電池軟包電池電池形狀圓柱形電池方形電池鋰離子電池分類正極材料比容量性能對(duì)比鋰離子電池分類磷酸鐵鋰電池工作原理LiFePO4電池：充電時(shí)，正極中的鋰離子Li+通過聚合物隔膜向負(fù)極遷移；放電時(shí)，負(fù)極中的鋰離子Li+通過隔膜向正極遷移鋰離子電池分類三元電池工作原理錳：材料成本下降，安全性更好，容量則偏低；鎳：材料容量上升，材料結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性變?nèi)?，循環(huán)性下降；而且材料的熱穩(wěn)定性也急劇變差；鈷材料結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性提高，穩(wěn)定材料循環(huán)性的同時(shí)，也保證了較高的比容量鋰離子電池分類鋰離子電池性能比較鋰離子電池分類鋰離子電池與傳統(tǒng)電池性能對(duì)比鋰離子電池性能容量-倍率特性電池放電倍率越大，電池內(nèi)部極化電壓越大，外電