储能技术 储能材料 新能源材料 锂电池储能

优点：
1、充放电速度快、重量轻、寿命长、无环境污染
2、镍氢电池能量密度比镍镉电池大二倍
缺点：
1 轻微记忆效应 2 镍氢电池串连电池组的管理问题比较多，一旦 发生过充电以后，就会形成单体电池隔板熔化的 问题，导致整组电池迅速失效。
锂离子电池
所谓锂离子电池是指分别用
二个能可逆地嵌入与脱嵌锂离
子的化合物作为正负极构成的 二次电池。
人们将这种靠锂离子在正负
极之间的转移来完成电池充放 电工作的，独特机理的锂离子 电池形象地称为“摇椅式电池 ”，俗称“锂电”。
锂离子电池优缺点
优点： 具有能量密度高、充放电速度快、重量轻、寿命长、无环
境污染等优点
循环寿命长,一般均可达到500次以上,甚至1000次以 缺点：
锂离子电池主要的问题是在过充电和过放电状态电池会发 生爆炸，手机电池都是使用的单体电池，再经过良好的保 护电路来配合使用，基本上杜绝了电池爆炸的问题。
（1）太阳能

太阳能的转换和利用方式： 光——热转换 接收或聚集太阳能使之转换为热能，然后用于生产和生 活的一些方面，是光一热转换即太阳能光热利用的基本方式。 光——电转换 利用光生伏打效应原理制成的太阳能电池，可将太阳的光 能直接转换成为电能，称为光一电转换，即太阳能光电利用。 光——化学转换 光一化学转换目前尚处于研究开发阶段，这种转换技术包 括半导体电极产生电面电解水产生包、利用氢氧化钙或金属 氢化物热分解储能等内容
储能技术与应用
• 一、能源概况
一. 能源概况
1.1
化石能源现状
1.2 新能源 1.3 储能的基本概念
1.1 化石能源现状
1.可再生清洁能源如风能、太阳 能等所占比例不到3% 2.石油、煤和天然气占初级 能源消耗的85%左右 3.其余主要是火电和水电
据可靠资料报道，到2020年，我 国能源的消费比例除了利用石油、 煤和天然气以及水电外，风能的 消费比例要占到10%，核能的消 费要占到3%。
• 分子运动——热能；
• 原子运动——化学能；
• 带电粒子的定向运动——电能；
• 光子运动——光能
• 电磁能 Electro-magnetic energy ：
彼此相互联系的交变电场和磁场所具有的能量，是
电场能和磁场能的总和。
• 由于电磁场对电荷有洛伦兹力作用，所以电磁能可以 通过场对运动电荷作功而与其他形式能量（如热能、 机械能等）相互转化，电磁能也能从空间一处传播到
全钒液流电池
—— 钒氧化还原液流电池是以钒离子溶液为正、 负极活性物质的二次电池。
•
1984年由澳大利亚新南
威尔士大学M Sya llas-K azacos提出。1986年获 得专利。
•
1994年，钒液流电池用
在高尔夫车上，4kWh钒
液流电池在潜艇上作为备 用电源。
• 10千瓦级全钒液流储能电池系
300 250 200 150 100 50 0 太阳能 石油 天然气 煤 铀
世界 中国
我国各种能源探明储量（以储采比表示）与世界比较
摘自“光伏技术和产业发展战略国际研讨会：机遇与挑战” 论文集 2004年4月8日， 北京 P8
石油如何满足？
—— 能源及环境的可持续发展面临挑战
石油如何满足？
我国石油储量不足世界的2%。
充电，则阴阳极及电解液即会发生如下的变化： ( 阳极 ) ( 电解液 ) ( 阴极 ) PbSO4 + 2 H2O + PbSO4 ---> PbO2 + 2 H2SO4 + Pb ( 充电反应 ) ( 硫酸铅 ) ( 水 ) ( 硫酸铅 ) 由于放电时在阳极板，阴极板上所产生的硫酸铅会在充电时被分解还原 成硫酸 , 铅及过氧化铅 。 充电到最后阶段时，电流几乎都用在水的电解 ，而阴极板就产生氢，阳 极板则产生氧。
弹性储能
液压储能
2.2.2 化学储能
铅酸电池 镍系电池 锂系电池 液流电池 钠硫电池
• 化学储能的原理 • 所谓化学储能就是利用化学反应储存电 能，或者说将电能与化学能相互转化以实 现存储电能的目的。
•
化学储能的装置就是可充放电电池，或二 次电池。
电池的发展历史 一次电池 • 1、1799年，（意大利）伏打电堆问世；
• 2、1836年，（英国）丹尼尔电池，硫酸电 解质，无极化，放电平稳。 • 3、1865年，（法国）勒克朗锌锰电池， 1887年，英国人赫勒森采用糊状电解液， 得到干电池。
二次电池
• 1、1859年，法国人普朗泰发明铅酸电池；
• 2、1899年，镍镉电池
• 3、1976年，菲力普研究院发明镍氢电池
（2）风能

风能是指太阳辐射造成地球 各部分受热不均匀，引起各地 温差和气压不同，导致空气运 动而产生的能量。

利用风力机可将风能转换成 电能、机械能和热能等。风能 利用的主要形式有风力发电、 风力提水、风力致热以及风帆 助航等。
• 风能的缺点：
• 在一些地区、风力发电的经济性不足：
许多地区的风力有间歇性，更糟糕的情况
• 2)充放电时间短，且无过充放电问题：飞轮储能 充电只需要几分钟，而不像化学电池需要几个小 时的充电时间。
• 3）寿命长：飞轮储能系统的寿命主要取决于其电 力电子的寿命，一般可达到 20 年左右。
飞轮储能技术广泛应用的主要瓶颈：
• a) 技术成本相对于蓄电池来说比较高； • b) 轴承材料还有待进一步的突破； • c) 自放电现象很严重。
是如台湾等地在电力需求较高的夏季及白
日、是风力较少的时间；
• 必须等待储能技术发展。
（3）生物质能
• 生物质能是蕴藏在生物质中的能量，是绿色
植物通过叶绿宏将太阳能转化为化学能而贮存在 生物质内部的能量。
•
有机物中除矿物燃料以外的所有来源于动植
物的能源物质均属于生物质能，通常包括木材及
森林废弃物、农业废弃物、水生植物、油料植物
表3 全球各国CO2排放量比较排行
在北京、上海等大城市，空气污染的 60%来自汽车排放 二氧化碳的全球排放量中，中国居第
二
1.2 新能源
新能源 广义上来说，有 别于传统依靠矿 物质原料燃烧的 能源都称之为新 能源。
Wave Tide
太阳能
风能
生物质能
核能
地热、潮汐 能……
资源丰富、利用方便、洁净无污染
抽水储能
抽水蓄能电站必须配备上、下两个水库，对建站地点要求 苛刻，但是运行简单，可靠且使用期较长
目前为止，美国和西欧经济发达国家抽水储能机 组容量占世界抽水蓄能电站总装机容量 55%以上
压缩空气储能
• 世界上第一个商业化CAES电站为1978年在德国建造，装机容量为 290 MW，换能效率77%。 • 2009年被美国列入未来十大技术
• 钒液流电池充放电原理：
•
• •
正极电解液：V5+和V4+
负极电解液：V3+和V2+； 电池充电后，正极物质为V5+离子溶液, 负极为 V2+离子溶液；
•
电池放电后，正、负极分别为V4+和V3+离子溶 液；电池内部通过H+导电。
•
在酸性介质中，V5+/V4+、和V3+/V2+两电对的电
位差约1.25V。
1999 年欧洲 Urenc Power 公司利用高强度 碳纤维和玻璃纤维复 合材料制作飞轮，转速为 42 000 rad/min，2001 年 1 月系统投入运 行，充当UPS，储能量达到 18 MJ
飞轮储能的主要优点有：
• 1)储能密度高：比超导磁储能、超级电容器储能 和一般的蓄电池都要高。以目前的最好的碳素纤 维复合材料来说，这种材料的飞轮转子可以承受 的最大线速度达到 1000m/s 以上，储能密度可达 到 230Wh/kg。
铅蓄电池内的阳极 (PbO2) 及阴极 (Pb) 浸到电解液 ( 稀硫酸 ) 中，两极 间会产生 2V 的电力。 放电状态，阴阳极及电解液即会发生如下的变化： ( 阳极 ) ( 电解液 ) ( 阴极 ) PbO2 + 2H2SO4 + Pb ---> PbSO4 + 2H2O + PbSO4 ( 放电反应 ) ( 过氧化铅 ) ( 硫酸 ) ( 海绵状铅 ) 蓄电池连接外部电路放电时，稀硫酸即会与阴、阳极板上的活性物质产 生反应 , 生成新化合物『硫酸铅』。
襄 樊 驼 峰 电 池 生 产 设 备
铅酸电池特点 优点： 1 寿命长
2 价格低
3 可以大电流放电
缺点：
1 铅的污染
2 能量密度低，也就是说过于笨重
化学储能——镍系电池
镍镉电池（Ni-Cd）是最早应用于手机、笔记
本电脑等设备的电池种类 。
Cd+2NiO(OH)+2H2O=2Ni(OH)2+Cd(OH)2
另一处
能量的单位
• 能量的单位：
焦J、尔格、千瓦时kWh、卡cal、电子伏（特）eV等
• 国际单位是焦耳J
1J=0.2388cal
• 原子物理和粒子物理中还常使用电子伏：
1 eV = 1.602×10-19 J
• 二、储能技术与应用
二、储能技术
2.1 储能技术的用途
电源管理
供 电 稳 定
电 站 调 峰
镍镉电池优缺点
优点：
1 良好的大电流放电特性
2 耐过充放电能力强 3 维护简单 缺点： 1 镉是有毒的，环境污染 2 在充放电过程中如果处理不当，会出现严重的 “记忆效应”，使得服务寿命大大缩短
镍氢电池——镍氢电池是有氢离子和金属镍
合成。镍氢电池的缺点是价格比镍镉电池要贵