針對電網(wǎng)儲能中幾種儲能電池化學成分的評估

近日，天津大學的研究人員根據(jù)電網(wǎng)儲能需要的參數(shù)，對一些最常用的電池化學物質(zhì)進行了排名。

電池中，不同的化學成分具有不同的優(yōu)勢和劣勢，這使它們或多或少適合某種應用，這就是為什么某些行業(yè)更喜歡某種電池類型而非另一種。比如，燃油汽車的啟動電池通常是鉛酸電池，而筆記本電腦、手機等電子產(chǎn)品的電池一般都是鋰離子電池。

天津大學的研究小組評估電池性能的標準化方法是 “粗糙集理論”的數(shù)學方法，對從現(xiàn)有文獻中提取的不同電池化學成分的難以比較的數(shù)據(jù)進行評分。

研究小組通過檢查鉛酸電池、鋰離子電池、鋅空氣電池、鎳/金屬氫電池和鈉硫電池，評估出它們在往返效率、比能量和容量、工作電壓、循環(huán)壽命、自放電性能、成本、環(huán)境影響和安全性方面的性能。

根據(jù)研究結(jié)果，鋅空氣電池在電網(wǎng)儲能中處于領先地位。鋅空氣電池具有相對較高的比能量和容量，這種電池的化學成分以鋅電極和空氣中的游離氧燃料為基礎，所以在成本、安全性和生態(tài)友好性方面也獲得了很高的評分。

盡管存在這些優(yōu)勢，鋅空氣電池至今仍無法得到廣泛的商業(yè)推廣，因為與電極和電解質(zhì)有關的問題尚未解決。例如，空氣陰極由于四電子氧還原反應。反應動力學緩慢，導致了放電電壓低、充電電壓高、能量效率低。研究小組還發(fā)現(xiàn)，在鋅空氣裝置中使用堿性電解質(zhì)會導致鈍化和樹突生長，明顯縮短電池壽命，而充放電循環(huán)過程中的碳化和水分損失則是鋅空氣電池的又一大問題。

鋰離子電池在電網(wǎng)儲能容量中排名第二。這類電池已經(jīng)廣泛應用于工業(yè)中，因其工作電壓高、效率高、周期壽命長而備受青睞。然而，對原材料的來源、成本和安全的擔憂，是鋰離子電池目前的不利影響因素。研究小組指出，鋰離子電池要大規(guī)模應用于固定儲能，就需要對電池進行優(yōu)化管理，并制定復雜的回收路線。

排名第三的是Ni-MHs(鎳/金屬氫裝置) 。研究小組稱，Ni-MHs(鎳/金屬氫裝置)因其相對較高的能量密度、較高的比容量、較長的循環(huán)壽命和對環(huán)境的友好性，在電網(wǎng)應用中顯示出了強大的潛力。然而，高成本和低能源效率影響了這項技術的擴大，并且這種設備可能會出現(xiàn)問題，尤其是在較低的溫度下。

與此同時，傳統(tǒng)的鉛酸電池在循環(huán)耐用性和能源效率方面展現(xiàn)出一系列的優(yōu)勢。不利的方面是，鉛本身對人類健康 以及環(huán)境都有害，而且鉛酸裝置在特定的能量、容量和工作電壓指標方面表現(xiàn)不佳。

鈉-硫電池在大規(guī)模儲能上也具有可取性。研究人員表示，這種設備已經(jīng)應用在小型儲能方面，在高效率、工作電壓和循環(huán)壽命方面表現(xiàn)出良好的性能，缺點是在大規(guī)模儲能中需要較高的操作溫度，因此在安全方面有一定隱患，需要加以管理。

盡管如今已經(jīng)有大量的電池技術問世，但要制造出低成本、高性能、高能量密度、運行安全和循環(huán)穩(wěn)定性的電池仍然是很大的難關，對高性能和新型電池系統(tǒng)的持續(xù)且深入的研究很有必要。目前，能量密度相對較高但成本較低的高性能鉀離子電池也在研究之中。