針對(duì)電網(wǎng)儲(chǔ)能 研究人員評(píng)估了幾種儲(chǔ)能電池的化學(xué)成分

近日，天津大學(xué)的研究人員根據(jù)電網(wǎng)儲(chǔ)能需要的參數(shù)，對(duì)一些最常用的電池化學(xué)物質(zhì)進(jìn)行了排名。

電池中，不同的化學(xué)成分具有不同的優(yōu)勢(shì)和劣勢(shì)，這使它們或多或少適合某種應(yīng)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(dòng)電池通常是鉛酸電池，而筆記本電腦、手機(jī)等電子產(chǎn)品的電池一般都是鋰離子電池。

天津大學(xué)的研究小組評(píng)估電池性能的標(biāo)準(zhǔn)化方法是 “粗糙集理論”的數(shù)學(xué)方法，對(duì)從現(xiàn)有文獻(xiàn)中提取的不同電池化學(xué)成分的難以比較的數(shù)據(jù)進(jìn)行評(píng)分。

研究小組通過(guò)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(píng)估出它們?cè)谕敌省⒈饶芰亢腿萘?、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(chǔ)能中處于領(lǐng)先地位。鋅空氣電池具有相對(duì)較高的比能量和容量，這種電池的化學(xué)成分以鋅電極和空氣中的游離氧燃料為基礎(chǔ)，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(píng)分。

盡管存在這些優(yōu)勢(shì)，鋅空氣電池至今仍無(wú)法得到廣泛的商業(yè)推廣，因?yàn)榕c電極和電解質(zhì)有關(guān)的問(wèn)題尚未解決。例如，空氣陰極由于四電子氧還原反應(yīng)。反應(yīng)動(dòng)力學(xué)緩慢，導(dǎo)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(huì)導(dǎo)致鈍化和樹(shù)突生長(zhǎng)，明顯縮短電池壽命，而充放電循環(huán)過(guò)程中的碳化和水分損失則是鋅空氣電池的又一大問(wèn)題。

鋰離子電池在電網(wǎng)儲(chǔ)能容量中排名第二。這類電池已經(jīng)廣泛應(yīng)用于工業(yè)中，因其工作電壓高、效率高、周期壽命長(zhǎng)而備受青睞。然而，對(duì)原材料的來(lái)源、成本和安全的擔(dān)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(yīng)用于固定儲(chǔ)能，就需要對(duì)電池進(jìn)行優(yōu)化管理，并制定復(fù)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(duì)較高的能量密度、較高的比容量、較長(zhǎng)的循環(huán)壽命和對(duì)環(huán)境的友好性，在電網(wǎng)應(yīng)用中顯示出了強(qiáng)大的潛力。然而，高成本和低能源效率影響了這項(xiàng)技術(shù)的擴(kuò)大，并且這種設(shè)備可能會(huì)出現(xiàn)問(wèn)題，尤其是在較低的溫度下。

與此同時(shí)，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(shì)。不利的方面是，鉛本身對(duì)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(biāo)方面表現(xiàn)不佳。

鈉－硫電池在大規(guī)模儲(chǔ)能上也具有可取性。研究人員表示，這種設(shè)備已經(jīng)應(yīng)用在小型儲(chǔ)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(diǎn)是在大規(guī)模儲(chǔ)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(shù)問(wèn)世，但要制造出低成本、高性能、高能量密度、運(yùn)行安全和循環(huán)穩(wěn)定性的電池仍然是很大的難關(guān)，對(duì)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(duì)較高但成本較低的高性能鉀離子電池也在研究之中。