储能电源最新研究进展
2016-06-03 07:21 [新能源论文] 来源于：互联网 作者：互联网
导读：摘要：储能电源研究目前集中于传统储能电源技术。本文重点叙述了储能电源最新研究进展原理分析探讨。 关键词：储能电源；研究；进展 0引言 随着环保部《关于加强铅蓄电池及再生铅行业污染防治工作的通知》的下发以及工信部《铅酸电池行业准入条件》的出台，
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摘要：储能电源研究目前集中于传统储能电源技术。本文重点叙述了储能电源最新研究进展原理分析探讨。
关键词：储能电源；研究；进展
0引言
随着环保部《关于加强铅蓄电池及再生铅行业污染防治工作的通知》的下发以及工信部《铅酸电池行业准入条件》的出台，铅酸蓄电池行业集中度有望得到提高。铅酸蓄电池将在行业不断升级和下游需求扩大双重驱动下保持一定增长幅度，未来十年内铅酸电池仍将是电池市场的主流。
1.传统储能电源
1.1一次电池：
一次电池即原电池（primary cell）（俗称干电池），是放电后不能再充电使其复原的电池。原电池只可放电一次，当内里的化学物质全部起了化学作用后便不能再能提供电能，也不能将外部提供的电力储起，因此完全放电后便不可再用，这是因为其电化反应不可逆转。
原电池售价及生产成本一般较便宜，例如常用的碱性电池，但若成本以整体寿命计就不及一般的蓄电池便宜。
1.1.1锌负极电池：
正极材料：MnO2、石墨棒
负极材料：锌片
电解质：NH4Cl、ZnCl2及淀粉糊状物 电池符号可表示为
（-）Zn|ZnCl2、NH4Cl（糊状）‖MnO2|C（石墨）（+）
负极：Zn-2e=Zn2+
正极：2MnO2+2NH4+2e―=Mn2O3+2NH3+H2O
总反应：Zn+2MnO2+2NH4+= Zn2++Mn2O3+2NH3+H2O
在酸性环境中，Zn2+以离子形式存在。 在碱性环境中，生成Zn（OH）2沉淀，Zn（OH）2 不稳定，又分解生成ZnO。
碱性很强时生成锌酸盐。
锌锰干电池的电动势为1.5V。因产生的NH3气被石墨吸附，引起电动势下降较快。如果用高导电的糊状KOH代替NH4Cl，正极材料改用钢筒，MnO2层紧靠钢筒，就构成碱性锌锰干电池，由于电池反应没有气体产生，内电阻较低，电动势为1.5V，比较稳定。
1.1.2锂一次电池：
锂一次电池是一种高能化学原电池，俗称锂电池。以金属锂为负极，固体盐类或溶于有机溶剂的盐类为电解质，金属氧化物或其他固体、液体氧化剂为正极活性物。通用的圆形 Li/MnO2电池和Li/（CFx）n电池。
锂一次电池是20世纪60年代末开始开发的新型化学电源。当时随着晶体管和集成电路的发展，日用电子器具向便携式、小型化和薄形化发展，迫切要求电池具有长寿命、高体积比能量和可靠的耐漏液性能。
锂电池的主要材料一般用金属锂或锂合金为负极材料，锂是最具吸引力的负极活性物质。它是金属电动势次序中具有最低电位（-3.045V）和最高理论电化学当量（3854.4Ah/kg）的金属。Li-Ag2V4O11、Li-SO2、Li-SOCl2、Li-FeS2、Li-（CFx）n及Li-CuO等。各种锂一次电池都采用完全密闭的结构。
特征和用途：多数锂电池的工作电压为3V左右，比常用电池高出 1倍，因此在串联使用时可减少电池只数。单位体积和质量的能量比常用电池高4～8倍，储存寿命可长达5～10年，是性能最优良的电池体系。Li/Ag2CrO4电池于1974年首先应用于埋入式心脏起搏器。商品化的Li/MnO2和Li/（CFx）n电池已大量应用于电子手表、计算器、自动照相机和微处理机的数据储存器中。大功率的Li/SO2和Li/SOCL2电池已被选作军事装备的新一代电源，并制订了系列标准。
由于锂-二氧化锰电池体系采用非水有机电解液，在低条件下粘度增大，电导率大幅下降，导致Li-MnO2电池在低条件下只能以小功率输出，即使在电池设计上进行结构改变，仍然无法从本质上提高电池体系低性能，这就严重制约了该体系在用领域的应用。但是由于锂-二氧化硫电池和锂-亚硫酰氯电池，随着贮存时间的延长、输出电流的增加和使用环境度的降低，在电极表面形成致密的钝化膜，导致电池在使用时会出现明显电压滞后，根据情况不同，滞后时间可以长达十几分钟，此外两种电池都存在着安全性问题：锂-亚硫酰氯电池体系，当电池使用不当造成电池度升高，正极放电产物硫和锂发生放热反应，或是锂碳嵌入物有可能与亚硫酰氯或硫发生剧烈的放热反应使得电池体系的安全性较差；锂-二氧化硫电池体系本身存在内压，当电池使用不当会造成或二氧化硫气体的泄漏，存在安全性较差的问题。美国已有使用锂-二氧化硫电池和锂-亚硫酰氯电池出现危及人身安全的事故报道。随着二十一世纪人们越来越重视环境保护和体系的安全可靠，因此安全性好的锂-二氧化锰电池体系的进一步深入研究将成为锂一次电池研究重点。
锂-二氧化锰电池是21世纪锂一次电池中最有发展前途的高可靠、无污染的化学电源，随着纳米材料制造技术的发展，以及粘度低、安全性好的多元有机电解液体系的进一步研究，锂-二氧化锰电池的化学性能还将会有更大程度的提高，建立具有高比能量、高功率、轻型化、微型化特点的新型电化学体系，增强我国在高技术条件下电子产品市场竞争力。
1.2铅酸蓄电池（Lead-acid battery）：
铅酸蓄电池是1859年由Caston Plante发明的二次电池，至今已有一百多年的历史。其具有内阻小、电压稳定、在短时间内能供给较大的起动电流、比功率较高、充电过程能量损失少、整车能量利用效率高的优点，而且结构简单，原料易得、性价比高、高低温性能优越、运行安全可靠，在交通运输领域得到了广泛的应用，几乎所有以内燃机为动力的车辆均使用铅酸电池作为各种电器和电子设备的电源，在电动车辆的大家族，铅酸蓄电池是应用最为广泛的动力电池。
铅酸蓄电池的主要缺点是质量比能量较低，深放电循环寿命短，常规的铅酸电池寿命约几百次，快速充电比MH/ Ni 电池、锂离子电池差，作为纯电动车电源，限制了车辆续驶里程的提高。
未来，铅酸蓄电池由于生产工艺成熟，产品一致性好，使用经验丰富，对于研制和开发与电池组使用相配套的带有参数监测和充电控制等功能的电池管理系统提供了便利条件。在低成本的电动车开发应用中，采用新技术的铅酸蓄电池仍有一定的优势和市场。
铅酸蓄电池由浸渍在电解液中的正极板（二氧化铅）和负极板（纯铅）组成，电解液是硫酸的水溶液，电池单元的开路电压为2.1V。普通铅酸蓄电池的能量密度较低，为25～35Wh/�，（汽油能量密度为2000 h/�），功率密度为150W/�，可以满足汽车起动要求，然而该数据随着放电深度的增加而降低。此外，铅酸蓄电池的动力性能受环境温度影响，当气温降至10℃以下时，能量密度和功率密度都有大幅度下降。
一般认为，充放电方式会严重影响铅酸蓄电池的电荷量和寿命，如长期过充电产生气体会导致正极板活性物质脱落，反复过放电会导致其寿命降低，因而多数放电过程应进行到放出80%电量时终止。
参考文献：
[1]邢雪坤，肖 明，李 川，吴昊清. 锂?氧化铜电池及其反应机理[J]. 化学学报，1984，42（3）
[2]李亚寅，张晶. 锂一次电池的新发展――锂-二氧化锰电池[J].中国电子商情（基础电子），2007，8
[3]王平安，陈永杰，荆有泽，高庆. 锂-二氧化锰电池的研究现状及展望 [J].电源技术，2012，36（7）
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