电化学储能是利用化学能和电能发生化学反应,实现充放电能。电化学储能具有设备机动性好、响应快、能量密度高和循环效率高等优势。
电化学储能是最具有发展价值的储能技术,可以灵活应用到各种需求配置。电化学储能本身性能优势明显,一方面,相较于压缩空气储能,电化学储能具备更优的响应速度和功率密度;另一方面,电化学储能对地理条件限制较低,初期投资成本较低。
下面就将介绍各类电化学储能技术。
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铅酸电池
铅酸电池,是一种电极主要由铅及其氧化物制成,电解液是硫酸溶液的蓄电池。是最早规模化使用的电池。
铅酸电池是最便宜的二次电池、有回收利用的价值、成分简单、技术成熟。但是缺点是比能量低、充电次数比其他电池少很多、使用寿命短,而且因为成分是重金属存在污染环境的风险。
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钠硫电池
钠硫电池以金属钠为负极,以硫为正极,以陶瓷管为电解质隔膜的熔融盐二次电池。
优点比能量高,功率特性好,循环寿命长,无自放电(库仑效率高),容量大,电池结构简单,制造便利,原料成本低,维护方便。缺点就是运行环境要求苛刻(在300-350℃温度区间运行),散热要求高,存在安全隐患。
目前,在全球范围内钠硫电池应用广泛,仅次于锂离子电池,已建成200余座储能电站。但国内钠硫电池研制起步较晚,短期难以产业化推广。
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锂离子电池
锂离子电池主要依靠锂离子在正极和负极之间移动来工作。在充放电过程中,Li+在两个电极之间往返嵌入和脱嵌。锂以离子态从正极到负极材料之间往返脱嵌,有一个很形象的说法叫摇椅特性,像一把摇椅一样来回摇摆。

锂是自然界中最轻的金属元素,同时具有最负的标准电极电位,这两个特征使它作为电化学储能器件的高能量密度和高性能代表。
它的优点是高电压、高功率、长寿命、无污染、符合环保要求。缺点则是锂价成本不断上行、锂资源的紧缺以及安全性不稳定。
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钠离子电池
钠离子电池可以说是锂离子电池的最好替代品。
工作原理相似,所以钠离子电池可以借鉴锂离子电池的整个产业的经验。虽然钠离子能量密度没有锂离子高,但是它成本比锂电池便宜多了。钠资源在地壳中的储备占比高达2.64%,而锂资源只有0.0065%,钠是锂的四百多倍啊,而且提炼技术也相对简单,这是它的优势。劣势在于能量密度和循环寿命受到制约,所以它目前只能作为锂电池退而求其次的产品。
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液流电池
液流电池并不是新技术,它最早的概念在1974年就提出了。1974年,美国NASA的工程技术人员提出,将原先储存在固体电极上的活性物质溶解进入电解液中,通过电解液循环流动给电池供给电化学反应所需的活性物质。
液流电池的基本原理:在电池内部,正负极的反应物被半透膜隔开。无论充电还是放电,所有的化学反应都在溶液中进行,反应结束后溶液可以通过泵从电池中抽走,同时新的待反应的溶液从储料罐中被注入到电池内部
正是因为它的电解质和发电堆在物理上是分开的,所以储能容量不受电极体积限制,可以根据实际需求独立设计需要,特别适合大规模电能储存场合使用。而且还有最重要的一点,它的电解质是水溶液,所以热失控和火灾的风险很低。此外它的原料储藏丰富,价格低廉,具有显著经济优势,所以液流电池也一跃成为了储能届的香饽饽。
目前实际运用比较多的液流电池是全钒液流电池、锌溴液流电池、铁铬液流电池、锌铁液流电池。
电化学储能技术具有能量转换效率高、能量密度高以及应用成本低等优点,是构建新型电力系统不可或缺的调节资源,大力发展电化学储能是构建新型电力 系统的大势所趋。