【化學(xué)儲能材料的探析進展綜述報告4900字】

41化學(xué)儲能材料的研究進展綜述報告目錄TOC\o"1-2"\h\u9476化學(xué)儲能材料的研究進展綜述報告 15925前言 127785一、儲能技術(shù)概述 215669（一）儲能技術(shù)簡介 27188（二）儲能技術(shù)的原理 2642二、化學(xué)儲能材料的研究進展 29479（一）化學(xué)儲能材料現(xiàn)狀 224380（二）化學(xué)儲能材料類別 38643（三）化學(xué)儲能材料的發(fā)展趨勢 417255三、化學(xué)儲能材料的應(yīng)用 411454（一）鉛酸電池 410275（二）鋰系電池 526924（三）液流電池 516405結(jié)論 64670參考文獻 7前言由于以前留下來的化石燃料已經(jīng)用完，能源緊張的問題不僅影響著一個國家的國防事業(yè)，同樣對社會民生方面也有所影響。對于現(xiàn)在世界如此嚴重的環(huán)境狀況，全球各個國家都同意應(yīng)該探索發(fā)展能夠與人類還有環(huán)境和諧共處的新能源，它的成功應(yīng)用是決定世界經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展的核心技術(shù)之一。因此，無論是在軍事領(lǐng)域還是其他軍民融合領(lǐng)域，高安全性、高環(huán)境適應(yīng)性和高能量的儲能設(shè)備和能源都是一個非常重要的組成部分，引起了國內(nèi)外科研究人員的廣泛關(guān)注。新能源一般包括地熱能、太陽能、風能和核能，但它們不能直接使用，需要進行能源轉(zhuǎn)換。在轉(zhuǎn)換過程中，轉(zhuǎn)換效率受到各種因素的制約，其中儲能材料和儲能元件是兩個關(guān)鍵因素，所以我們需要找到并且利用一些可以替代的材料，這些材料需具備使用成本低、安全無害并且有良好的的性能的特點，尋找具備這些條件的材料是現(xiàn)在科研界的一個主要研究方向?，F(xiàn)如今化石燃料儲量不斷變少，各類不再生資源逐漸枯竭，世界各國都在加快能源轉(zhuǎn)型的速度，高度重視新能源的研發(fā)與利用。儲能技術(shù)在能源互聯(lián)網(wǎng)中占據(jù)重要地位。這幾年儲能技術(shù)一直被各國列入發(fā)展規(guī)劃中，全世界的儲能市場都有著良好的發(fā)展態(tài)勢。一、儲能技術(shù)概述（一）儲能技術(shù)簡介儲能指的就是電能的儲存，通過一些儲能工具和設(shè)備對能量進行儲存，然后利用各種應(yīng)用方法將能量進行釋放的過程。儲能技術(shù)應(yīng)用于智能電網(wǎng)建設(shè)中的發(fā)電、輸電、配電和用電四個環(huán)節(jié)。它也是可再生能源接入、分布式發(fā)電、微電網(wǎng)和電動汽車發(fā)展的必要支撐技術(shù)。（二）儲能技術(shù)的原理如今，對于儲能技術(shù)的發(fā)展，需要重點研究能量儲存的形式，目前常用的儲能形式有：電化學(xué)儲能和感應(yīng)電容儲能、機械儲能。這篇文章主要對電化學(xué)儲能的儲能形式進行研究，同時探究電化學(xué)儲能的應(yīng)用范圍。電化學(xué)儲能相較于其他儲能形式，要更加實用。該種儲能形式可以利用電場以及電化學(xué)電位中電子的定向遷移，從而將外部電能保存在電解液當中。鉛酸電池和磷酸鐵鋰電池都是市面上應(yīng)用比較廣泛的兩種儲能電池，通常被選做新能源汽車的儲能電池。關(guān)于小功率民用儲能設(shè)備，例如便攜計算機、手機等，通常選用鋰離子電池和小型可充電電池。二、化學(xué)儲能材料的研究進展（一）化學(xué)儲能材料現(xiàn)狀化學(xué)反應(yīng)儲能屬于一種能量密度都較高的儲能形式。該種儲能方法需要將催化劑和產(chǎn)物進行剝離，從而確保長期儲存能量的要求，但是這種儲能形式具有技術(shù)過于復(fù)雜的缺點，并且其投入成本較高，使得最終的效果與成本投入不成正比。也就是說化學(xué)儲能指的是利用物質(zhì)間的相互接觸產(chǎn)生的化學(xué)反應(yīng)進行儲能的形式，在熱能向化學(xué)能的轉(zhuǎn)變過程中，完成了能量的貯存?，F(xiàn)如今化學(xué)儲能在化學(xué)熱泵、化學(xué)熱機、空調(diào)設(shè)備等方面都有廣泛的應(yīng)用。并且根據(jù)最新的研究成果可以知道，一些可逆的化學(xué)反應(yīng)儲能要比單純的物理儲能的儲能效果更好。并且化學(xué)儲能能夠儲存更大的熱量，還可以通過添加反應(yīng)物或者催化物的形式來延長能量儲存的時間，實現(xiàn)能量長久儲存的功能。并且水合反應(yīng)有助于提高熱能的轉(zhuǎn)化效率，并且該反應(yīng)能夠大幅度提升能量逆轉(zhuǎn)的效率，有利于設(shè)計多種用途的不同溫度儲存熱量系統(tǒng)。（二）化學(xué)儲能材料類別1.結(jié)晶水合物通過結(jié)晶水合物儲存熱量，必須要滿足熱量的溫度小于其熔點的條件，從而讓部分或者全部的水合鹽脫掉結(jié)晶水，然后再利用脫水反應(yīng)對其間產(chǎn)生的熱量進行采集來達到儲能的目的。當然只要將被脫水的鹽和結(jié)晶水進行結(jié)合就可以將反應(yīng)中消耗掉的能量進行回收。在很多時候，該類型的水合熱要遠高于溶解熱。脫水是該方法的使用關(guān)鍵。蓄水物質(zhì)通常會使溶液中產(chǎn)生較低的蒸汽壓，所以在反應(yīng)過程中需要把水合鹽和去水物質(zhì)進行混合反應(yīng)，接著采用加熱手段進行加熱，使結(jié)晶水和去水物質(zhì)進行反應(yīng)，形成水合鹽和結(jié)晶水。要是想滿足長期儲能的要求，我們要把脫水鹽與溶液分離。但如果是沒有時間要求，只是短時間儲存，就不用分離，只需要減低溫度，把實驗方法反過來就可以了。聚水物質(zhì)不但需要有機溶劑進行反應(yīng)，還需要利用低蒸氣壓加快反應(yīng)從而產(chǎn)生水合鹽，并且這種儲能方式的成本消耗較低。2.無機氫氧化物無機氫氧化物的脫水反應(yīng)也可以達到蓄熱的目的。表3.2顯示了一些無機氫氧化物的脫水焓（通過去除1mol水吸收的熱量）和脫水溫度。通過表中數(shù)據(jù)可以知道，可以利用氫氧化物的性能參數(shù)研發(fā)低溫儲能技術(shù)。比如說，由上海石化有限公司設(shè)計的絕熱填充床，就是通過Ca（OH）2/Cao的可逆反應(yīng)對水蒸氣進行加熱，獲得了過熱水蒸氣，溫度最高可達500℃。這些化學(xué)熱泵材料的反應(yīng)快，效率高，但同樣也具有不足，由于有些成分具有很強的腐蝕性，還會與空氣中的二氧化碳產(chǎn)生反應(yīng)，使它的穩(wěn)定性差強人意，所以現(xiàn)階段的運用還比較少。3.多孔蓄熱材料多孔材料蓄熱的工作方式是利用一些材料對水的高吸附熱。其中重量百分比為30%～35%的水可以被多孔材料吸收，因此利用吸水反應(yīng)可以儲存大量的熱能，并且密度大多大于100kJ/kg。并且這些材料均能滿足長時間使用的要求，尤其是Y型沸石，就算進行過1000次的循環(huán)，都不會讓其活性降低半分。因此沸石是非常好的蓄熱材料。到現(xiàn)在為止，人們對這些材料已經(jīng)做了很多的探索探究。多孔材料儲存體系不僅無毒，更重要的是成本低，吸附蒸汽體積不會變化太大，未來發(fā)展前景很樂觀（三）化學(xué)儲能材料的發(fā)展趨勢利用材料的可逆化儲存熱量能力高，并且它的儲熱密度高，對于能量的長期儲存有正面影響，還有多種可選擇的材料，加之大多數(shù)材料適應(yīng)低中溫三種不同程度熱量儲存環(huán)境，所以在現(xiàn)在有很大的利用價值，特別是在太陽能應(yīng)用、化學(xué)熱泵、化學(xué)熱管、化學(xué)熱機這些方面。但是這種材料現(xiàn)在并沒有大量投入使用，，因為這種材料的反應(yīng)過程較為復(fù)雜，一定時期需要催化劑的幫助，相對的有些安全隱患，并且一次的投資就很大，效果還不是很好。例如，金屬氫化物和氨化物也是很好的儲能材料。金屬氫化物儲存熱量的原理就是利用某些能夠吸收氫的合金或者金屬和氫進行反應(yīng)從而生成金屬氫化物，在生成親屬氰化物的時候會產(chǎn)生大量的熱能；并且金屬氫化物也可以通過吸熱反應(yīng)將氫釋放，但是需要一定的條件，釋放過程必須要在減壓和加熱的條件下進行，如LaNi5的氫化反應(yīng)熱約為210kJ/kg,而鎂的氫化反應(yīng)熱高到3182kJ/kg。儲氫材料的儲能密度較高，并且這種儲能形式不具備污染性,所以這類材料有著非常廣闊的應(yīng)用前景，通常會被用于化學(xué)熱泵、貯熱制冷及太陽能利用等。在一些情況下，金屬氫化物的熱反應(yīng)速度會加快，例如通過使用催化劑，以及處于高溫環(huán)境下都會提高其反應(yīng)速度?，F(xiàn)如今國外已經(jīng)通過該反應(yīng)的利用來研究太陽能的儲能發(fā)電原理。而氨系統(tǒng)的優(yōu)勢在于:氨工業(yè)的發(fā)展已經(jīng)步入正軌，并且催化劑性對容易獲得成本又低，系統(tǒng)的操作簡單，儲能的密度大。如果需要用到氫可以逆反應(yīng)這一特點產(chǎn)生氣體，就必須考慮兩個問題，一個是儲存裝置嚴密性是否符合標準，第二個是產(chǎn)生的氣體對材料是否有腐蝕作用?；瘜W(xué)儲能是一門嶄新的科學(xué),在以后的發(fā)展中應(yīng)該把重點放在尋找和研究良好的材料，努力找出不足并及時改正，在走向?qū)嶋H工程應(yīng)用的道路上逐漸前進。三、化學(xué)儲能材料的應(yīng)用（一）鉛酸電池鉛酸蓄電池的正電極是二氧化鉛，負電極為鉛，水和硫酸是中間介質(zhì)，在充電和放電的過程當中都會發(fā)生氧化還原反應(yīng)，使得電池內(nèi)部產(chǎn)生電流，并且該反應(yīng)過程可逆。鉛酸蓄電池是如今應(yīng)用最為廣泛的儲能蓄電池，如今主要被應(yīng)用于電動汽車儲能系統(tǒng)以及新能源發(fā)電。我國制造鉛酸電池的水平已經(jīng)滿足了國際的基本要求，能夠進行大規(guī)模的生產(chǎn)，但是該電池的體積較大，不管是充電還是放電，都不會產(chǎn)生太大的波動，容易受環(huán)境溫度的影響，對于環(huán)境的污染性極強。出于全球可持續(xù)發(fā)展的需要，鉛酸電池會隨著時代的發(fā)展逐步被淘汰。鉛酸蓄電池的電功率可以達到千瓦和兆瓦的級別，使用效率高達70%，并且價格比較低。但是在進行反應(yīng)的時候，硫酸鉛會漸漸在極板表面積聚，從而大幅度縮短鉛酸蓄電池的使用時間。另外在對鉛酸蓄電池充電的時候會生成氫氣，在使用過程中容易出現(xiàn)爆炸現(xiàn)象，這使得鉛酸蓄電池的使用過程存在隱患。并且在充電過程中，鉛酸蓄電池的充電電流不能太小，不然會降低內(nèi)部化學(xué)反應(yīng)的效率。此外經(jīng)過放電循環(huán)反應(yīng)之后的鉛酸蓄電池必須要充滿電，這樣才能延長鉛酸蓄電池的使用壽命，不然會產(chǎn)生電池內(nèi)部硫酸鹽化的問題，導(dǎo)致電池使用時間減短。（二）鋰系電池最近幾年來用的較為廣泛的電池是鋰離子電池，不僅充電速度快而且能量密度高，未來發(fā)展?jié)摿Υ螅壳?，它在運輸系統(tǒng)中被頻繁使用。含有鋰的材料通常是正極，碳是負極。鋰離子電池的充放電過程需要鋰電子進行來回移動，從而產(chǎn)生氧化還原反應(yīng)。鋰離子電池具有質(zhì)量輕，體積小，能量密度提高等優(yōu)點，并且短時間內(nèi)能夠滿足大功率輸出的要求，但其具有安全隱患的缺點，在一些場合如果使用不得當容易發(fā)生爆炸。磷酸鐵銼、鉆酸銼、錳酸銼、鎳鉆錳和鎳鉆鋁三元材料等電池目前在銼離子電池領(lǐng)域被廣泛應(yīng)用。其中，磷酸鐵銼電池由于其使用壽命長以及成本低通常被廣泛應(yīng)用于電動汽車領(lǐng)域以及儲能領(lǐng)域。鉆酸銼電池能量密度高，生產(chǎn)費用也比較高昂，因此被廣泛應(yīng)用于消費類電子產(chǎn)品。錳酸銼電池的生產(chǎn)費用較為便宜，但不具備良好的穩(wěn)定性，通常被應(yīng)用于低端電動車產(chǎn)品以及小型儲能電站。鎳鉆錳三元材料電池的使用過程較為穩(wěn)定，使用時間較長，生產(chǎn)費用較為便宜。（三）液流電池液流電池，又稱電化學(xué)液流電池或氧化還原液流電池，這是一種結(jié)構(gòu)獨特的大規(guī)模電化學(xué)儲能技術(shù)。液流電池由電堆模塊、電解液及其儲存和供應(yīng)模塊、控制和管理模塊組成。液流電解質(zhì)是液流電池的活性材料。正極和負極電解質(zhì)分開存放，因此它們不會干擾循環(huán)操作。更方便的是，可以增加電解液增加儲能容量，增加電堆的數(shù)量和體積提供輸出，非常適合電廠和新能源領(lǐng)域的大規(guī)模儲能應(yīng)用。在充放電過程中，液流電池只改變電解液中活性離子的價態(tài)，不會引起物質(zhì)相變。因此，充放電速度快，循環(huán)壽命長。缺點是能量密度通常低于銼離子電池。由于液流電池具有優(yōu)異的性能和廣泛的應(yīng)用潛力，包括美國、中國、日本等國家在內(nèi)的全球眾多科研院所對液流電池進行了較為深入的研究，并開發(fā)了一系列成功的產(chǎn)品。液流電池。電解質(zhì)活性材料可大致分為全釩液流電池、鋅味液流電池、鐵液流電池、賊泰液流電池和多硫化物-I味液流電池。目前，全釩液流電池研究最為深入，在技術(shù)層面已滿足產(chǎn)業(yè)化要求。電解液中只有一種金屬釩離子，采用水溶液作為電解液，正負極電解液無交叉污染，使用壽命長，使用安全，電解液易于再生和回收利用，對環(huán)境沒有危害。結(jié)論現(xiàn)在正處于全球能源短缺的時代，隨著社會對能源的需求日益增加，環(huán)境的保護逐漸進入大眾視線，由于傳統(tǒng)能源所剩無幾，新能源的開發(fā)刻不容緩，由此新能源開發(fā)的發(fā)展前景非常好。其中儲能技術(shù)在新能源開發(fā)項目中占據(jù)著尤為重要的地位，承擔著增強系統(tǒng)穩(wěn)定性等責任。通過對各種儲能技術(shù)的分析，本篇文章闡述了儲能產(chǎn)業(yè)在電力建設(shè)中的重要作用，并且對其應(yīng)用前景進行探討。儲能是未來新能源發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)之一。以電化學(xué)儲能為代表的大規(guī)模儲能技術(shù)在風力發(fā)電、太陽能發(fā)電、太陽能發(fā)電以及電網(wǎng)調(diào)峰調(diào)頻等領(lǐng)域得到了高度評價和廣泛應(yīng)用。在技術(shù)層面，鉛酸電池、鋰基電池、液流電池和鈉液流電池各有特色，近年來取得了長足的進步。但隨著新能源存儲市場對高能量密度、規(guī)?；?、低成本的普遍要求，這些化學(xué)電池必須嘗試有效的技術(shù)創(chuàng)新，才能實現(xiàn)大規(guī)模的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用。要進一步加強相關(guān)技術(shù)研究，有效推動其產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用，在未來智能電網(wǎng)、可再生能源接入、分布式發(fā)電、微網(wǎng)和電動汽車發(fā)展中發(fā)揮重要作用。

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