储能内容

3. 目前人类认识的能量形式主要有：机械能、热能、电能、辐射能、化学能、核能。按照能量形态的不同，储能技术可分为有机械储能，化学储能,电磁储能，热能储能，等等。机械储能包含：飞轮储能，压缩空气储能和抽水蓄能，等等。

4. 储能、储能系统和储能技术？

储能：就是通过器件或物理媒介将某种形式的能量储存起来以便后来进行有效的利用。

储能系统：在对储能过程进行分析时，为了确定研究对象而划出的部分物体或空间范围，包括能量和物质的输入和输出设备、能量的转换和储存设备。

储能技术：在能量的供应和需求之间往往存在着差异，利用特殊装置和技术手段，在能量富余的时候把能量储存起来，在能量不足的时候释放出来，以调节能量供求在时间、强度和形态上的不匹配。储能技术是合理、高效、清洁利用能源的重要手段。

5. 储能容量：储能系统充满后可以获得的能量。

储能密度：单位质量或单位体积的储能系统所储存能量的多少。

储能功率：储能系统在储能时的输入功率，或释放能量时的输出功率。

充电效率是指电池在充电过程中所消耗的电能转化成电池所能储存的化学能程度的量度。

放电效率是指在一定的放电条件下放电至终点电压所放出的实际电量与电池的额定容量之比。

6. 储能的根本目的是什么？

削峰填谷，即在负载小的时候将多余的能量储存起来，并在负载较大的时候将储存的能量释放

出来。

7.飞轮储能系统的组成及工作原理

飞轮储能系统，是一种机电能量转换和储存装主要由转动惯量大转速高的惯性轮、支撑该转子的高速轴承、实现电能一动能互换的电动/发动机、功率变换器、控制设备等组成。飞轮储能技术原理是:存储能量时，电机作电动机运行，从系统吸收能量，通过飞轮转子加速，将电能转化为动能;释放能量时，电机作发电机运行，向系统释放能量，通过飞轮转子减速，将动能转化能。与其他储能方式相比，飞轮储能的突出优点是其几乎不需要维护、使用寿命基本上不受充放电次数的限制)、安装方便、对环境无危害等。

8. 压缩空气储能的工作原理：

压缩空气蓄能是利用电力系统负荷低谷时的剩余电量，由电动机带动空气压缩机，将空气压入作为储气室的密闭大容量地下洞穴，即将不可储存的电能转化成可储存的压缩空气的气压势能并贮存于贮气室中。当系统发电量不足时，将压缩空气经换热器与油或天然气混合燃烧，导入燃气轮机作功发电，满足系统调峰需要。

9. 热力学第一定律？

自然界的一切物质都具有能量；能量既不能创造，也不能消灭，而只能从一种形式转换成另一种形式，从一个物体传递到另一个物体；在能量转换与传递过程中，能量的总量恒定不变。

10. 相变材料的作用和分类？

作用：利用材料的相转变实现热能的储存和释放。

分类：(1)相转变材料分为(Phase Change Material ，PCM)无机和有机材料以及混合相变材料三大类。无机PCM 包括结晶水合盐、熔融盐、金属合金和其它无机物，有机类PCM 包括石蜡、脂肪酸和其它有机物，混合PCM 主要是有机和无机两种PCM 的混合物。现己发现的相变储热材料的种类在6000种以上。

(2)从储热的温度范围来看，可分为高温、中温、低温等类型。

(3)储热过程中，按材料相态的变化，又可分为固一液相变储热和固一固相变储热两大类。

11. 热量传递有哪几种基本方式，请列出其分别遵从的物理规律。

热量传递的三种基本方式为：热传导，热对流，热辐射。

1）热传导遵从傅立叶定律(也称为导热基本定律)：

//q A dt dx φλ==-,其中, q 为单位时间内通过单位面积的热量，

单位为W/m 2

；λ为材料的导热系数。

2）热对流遵从牛顿冷却定律：

Q qA h tA ==?，其中，Q 为对流传热量，单位W ；q 是热流密度，单位为W/m 2；t ?表示温差，单位C ?；h 为对流换热系数，单位W/m 2

。

3）热辐射遵守斯忒藩-波尔兹曼定律：

4A T σΦ=，其中，Φ为物体自身向外辐射的热流量，而不是辐射换热量，单位W ；A 辐射表面积，单位m 2

；σ为黑体辐射常数；T 为黑体的辐射常数K 。

12. 简述主机上游串联蓄冰系统的四种运行工况。

四种运行工况为：制冷机蓄冰；蓄冷槽融冰供冷；制冷机供冷；制冷机联合蓄冰槽共同供冷。

13. 为什么说氢是一种理想的能源?

(1) 氢具有很高的燃烧值。单位质量的氢气所含的化学能（142MJ/kg ）至少是其他化学燃料的三

倍（例如，等质量的液体碳氢化合物是47MJ/kg ）。

(2) 氢在氧气中燃烧只产生水，预计不会对环境产生负面影响，是一种绿色的能源。

(3) 氢是地球上最丰富的元素之一。当然，以分子氢形式存在的H 仅占总量的不到1%，绝大部分是结合在水和烃类中。

(4) 氢的燃烧能以高效和可控的方式进行。氢气的无毒和高挥发性也保证了其应用的安全。

14. 目前，氢气的主要储存方法有：高压气态贮存，低温液氢贮存，金属氢化物贮存，等等。

15. 目前工业界主要是以煤、石油或天然气等化石燃料作原料来制取氢气。用蒸汽作催化剂以煤作原料来制取氢气的基本反应过程为：22C H O CO H +→+；用蒸汽作催化剂、天然气作原料

的制氢化学反应为：422C H H O H C O +→+。

16. 金属是如何实现储氢的(即金属氢化物的储氢机理)?

如上图所示，主体金属先以固溶体形式溶解一些氢（α相）。当压力及金属中原子氢的浓度增大时，局部氢原子之间的相互作用变得显著，此时就能观察到氢化物β相的成核与生长。

氢在填入主体金属的晶格后以原子形式存在。在吸附氢气过程中，晶格会有所增大，并部分失掉其高度对称性。未膨胀的α相及各向异性膨胀的β相共存能导致晶格缺陷和内部变形，并使

主体金属变得极其脆弱而最终碎裂。氢原子在它们的平衡位置附近振动，进行短距离的移动和长距离的扩散。

17. 储氢的主要方法并举例？

根据吸附氢气作用力的不同，储氢材料可大体分为两类：化学吸附材料和物理吸附材料。化学吸附是指氢分子解离，氢原子插入底物的晶格或者形成新化合物。化学储氢包括：金属及

合金储氢（如:LaNi5、Mg2Ni）；配位氢化物储氢（如: Li[BH

4]、Na[AlH

4

]）；等等。

物理吸附储氢主要是靠材料表面与分子氢之间的范德华力完成的，不发生氢分子的解离。物理吸附中氢仍以分子态存在。因为氢分子只含两个电子且是最小的分子之一，很难被极化，所以材料与氢分子的相互作用很弱，在室温及更高温度下氢气很容易脱附，但是，如果材料有很大的比表面，还是可以表现出较好储氢性能的。因而为增大其表面积，人们倾向于将其颗粒或微孔材料缩小至纳米尺度。该研究领域中比较重要的物质有纳米材料、沸石、金属有机骨架化合物(MOF)等。

18. 铅酸电池放电时的电极反应?

正极：PbO2+3H++HSO4－+2e－→PbSO4+2H2O

负极：Pb+HSO4－→PbSO4+H++2e－

总反应：Pb+PbO2+2H++2HSO4－→2PbSO4+2H2O

19. 铅酸电池正负极可能发生的副反应及解决方法？

负极的析氢反应：2H++2e－→H2

解决方法：1.过充电时析氢速率加快；2.采用铅钙合金以提高析氢过电位。

正极的析氧反应：2H2O→4H++O2+4e－

解决方法：采用贫液设计，隔离板预留通道，氧气扩散到负极进行复合。

板栅的腐蚀反应：Pb+2H2O→Pb(OH)2+H2

解决方法：采用含锑合金制作板栅。

20.铅酸电池主要由哪几部分组成？

铅酸电池主要由1）板栅、2）活性物质（正极板和负极板）、3）隔板（如：微孔PVC、微孔隙聚乙烯、无纺聚乙烯、无纺玻璃棉、微细玻璃纤维棉，等）、4）电解液（H2SO4+ H20 及缓冲添加剂Na2SO4）、5）电池壳（聚丙烯腈-丁二烯-苯乙烯（ABS）或聚丙烯PP）和6）安全阀（单向调节蓄电池内压，防止空气进入电池内部）等部分组成。

21.什么叫做摇椅式电池?

在锂离子电池的充放电过程中，锂离子处于从正极→负极→正极的运动状态。这就像一把摇椅，摇椅的两端为电池的两极，而锂离子就在摇椅两端来回运动。人们把这种电化学储能体系形象地称为“摇椅式电池”（Rocking-chair Cell）。

22. 正极材料为磷酸铁锂的锂离子电池的工作原理？

充电时，锂离子从FeO4层面间迁移出来，经过电解液进入负极，发生Fe 2+→Fe 3+的氧化反应，为保持电荷平衡，电子从外电路到达负极。放电时则发生还原反应，与上述过程相反。电子从负极经过电子导体跑到正极，锂离子Li+从负极“跳进”电解液里，“爬过”隔膜上弯弯曲曲的小洞，“游泳”到达正极，与早就跑过来的电子结合在一起。即：

充电时：LiFePO4－xLi+－xe―→Li(1-x)FePO4

放电时：Li1-x FePO4+xLi+xe―→LiFePO4

锂电池和锂离子电池的区别在于：锂电池的正极材料是二氧化锰或亚硫酰氯，负极是锂。

锂离子电池的正极材料为含锂的化合物，负极材料为炭材料。

23. 锂离子电池的正负极材料分别举出三种？

正极活性物质：一般采用锂金属氧化物，如LiCoO 2、LiNiO 2、LiMn 2O 4和 LiFePO 4等。 负极活性物质：一般采用碳材料。

电解质：电解液为溶有锂盐，如LiPF 6、LiClO 4、LiAsF 6和LiBF 4等有机溶液。

锂离子电池隔膜：需要耐有机溶剂的隔膜材料，一般选用高强度薄膜化的聚烯烃多孔膜，如聚乙烯（PE ）、聚丙烯（PP ）及PP ／PE ／PP 复合膜等。

24. 镍镉电池的正负极充放电反应及总反应？

负极反应： Cd+2 OH －→Cd(OH)2+2e

正极反应： NiOOH+H 2O+e → Ni(OH)2+OH －

在充放电时总反应: 2NiOOH+Cd+2H 2O → 2 Ni(OH)2+ Cd(OH)2 （1分）

在放电过程中，电解液将失水；在充电过程中，生成水，因此对于电解液量要加以控制。

25．镍镉电池的记忆效应的原因？

每当镍镉电池充电时，在负极有氢氧化镉与电极作用，产生金属镉而沉积于负极表面，放电时，负电极表面的金属镉反应形成氢氧化镉，这是溶解与沉积的反应。

当充放电不完全时，电极内的镉金属会慢慢地产生大结晶体而使以后的化学反应受到阻碍，导致电容量在实质的表现上减少，此即记忆效应产生的缘由。放电电压的低下是可以由1～2次的完全放电而解决这一现象。几次充电后进行一次放电，以防止记忆效应。镍镉电池的保存要放完电后保存。

电极反应参考第24题。

26 镍氢电池结构?

正极: Ni(OH)2 (活性物质), 导电剂、溶剂、粘结剂、基体

负极: 储氢合金 (粉活性物质), 粘合剂、溶剂、导电剂、基体

隔膜:（PP+PE ）

电解液:（KOH+LiOH + NaOH)

外壳五金件（钢壳、盖帽、极耳）

27. 镍氢电池的电极反应机理?

2222ab ab ()i ()i :ab N i O H O H N O O H H O e M H O e M H O H N i O H M N O O H M H M H ---???→++←??????→+++←??????→++←???充电-放电

充电放电

充电放电

正极：+负极：总反应：（吸氢合金；：吸收的氢气）