三 電化學類儲能

　　電化學類儲能主要包括各種二次電池，有鉛酸電池、鋰離子電池、鈉硫電池和液流電池等，這些電池多數技術上比較成熟，近年來成為關注的重點，并且還獲得許多實際應用。

　　3.1 鉛酸電池

　?。?）基本原理

　　鉛酸電池是世界上應用最廣泛的電池之一。鉛酸電池內的陽極（PbO2）及陰極（Pb）浸到電解液（稀硫酸）中，兩極間會產生2V的電勢，這就是鉛酸電池的原理。經由充放電，則陰陽極及電解液即會發生如下的變化：

　　（陽極） （電解液） （陰極）

　　PbO2 + 2H2SO4 + Pb ---> PbSO4 + 2H2O + PbSO4 （放電反應）

　?。ㄟ^氧化鉛） （硫酸） （海綿狀鉛）

　　（陽極） （電解液） （陰極）

　　PbSO4 + 2H2O + PbSO4---> PbO2+ 2H2SO4+ Pb （充電反應）

　?。蛩徙U） （水） （硫酸鉛）

　?。?）優點

　　技術很成熟，結構簡單、價格低廉、維護方便；

　　循環壽命可達1000次左右；

　　效率可達80%至90%，性價比高。

　?。?）缺點

　　深度、快速、大功率放電時，可用容量下降；

　　能量密度較低，壽命較短。

　?。?）應用

　　鉛酸電池常常用于電力系統的事故電源或備用電源，以往大多數獨立型光伏發電系統配備此類電池。目前有逐漸被其他電池（如鋰離子電池）替代的趨勢。

　　3.2 鋰離子電池

　?。?）基本原理

　　鋰離子電池實際上是一個鋰離子濃差電池，正負電極由兩種不同的鋰離子嵌入化合物構。充電時，Li+從正極脫嵌經過電解質嵌入負極，此時負極處于富鋰態，正極處于貧鋰態；放電時則相反，Li+從負極脫嵌，經過電解質嵌入正極，正極處于富鋰態，負極處于貧鋰態。

　?。?）優點

　　鋰離子電池的效率可達95%以上；

　　放電時間可達數小時；

　　循環次數可達5000次或更多，響應快速；

　　鋰離子電池是電池中比能量最高的實用型電池，有多種材料可用于它的正極和負極（鈷酸鋰鋰離子電池、錳酸鋰鋰離子電池、磷酸鐵鋰鋰離子電池、鈦酸鋰鋰離子電池等）。

　?。?）缺點

　　鋰離子電池的價格依然偏高；

　　有時會因過充電而導致發熱、燃燒等安全問題，有一定的風險，所以需要通過過充電保護來解決。

　　（4）應用

　　由于鋰離子電池在電動汽車、計算機、手機等便攜式和移動設備上的應用，所以它目前幾乎已成為世界上應用最為廣泛的電池。鋰離子電池的能量密度和功率密度都較高，這是它能得到廣泛應用和關注的主要原因。它的技術發展很快，近年來，大規模生產和多場合應用使其價格急速下降，因而在電力系統中的應用也越來越多。鋰離子電池技術仍然在不斷地開發中，目前的研究集中在進一步提高它的使用壽命和安全性，降低成本、以及新的正、負極材料的開發上。

　　3.3 鈉硫電池

　?。?）基本原理

　　鈉硫電池的陽極由液態的硫組成，陰極由液態的鈉組成，中間隔有陶瓷材料的貝塔鋁管。電池的運行溫度需保持在300℃以上，以使電極處于熔融狀態。

　?。?）優點

　　循環周期可達4500次；

　　放電時間可達6至7小時；

　　周期往返效率約為75%；

　　它的能量密度高，響應時間快（毫秒級）。

　?。?）缺點

　　由于它使用了金屬鈉，是一種易燃物，又運行在高溫下，所以存在一定的風險。

　?。?）應用

　　日本的NGK公司是世界上唯一能制造出高性能的鈉硫電池的廠家。目前采用50kW的模塊，可由多個50kW的模塊組成MW級的大容量的電池組件。在日本、德國、法國、美國等地已建有約200多處此類儲能電站，主要用于負荷調平、移峰、改善電能質量和可再生能源發電，電池價格仍然較高。