它不僅能存儲能量,,并且能使能量轉(zhuǎn)化,,以供需用。最常見的儲能材料有儲氫合金和用于一次電池(即原電池,,放電后不能復(fù)原使用),、二次電池(即蓄電池,放電后可重新充電復(fù)原反復(fù)使用)的材料。
儲能材料,具有能量儲存特性的材料,。
它不僅能存儲能量,,并且能使能量轉(zhuǎn)化,以供需用,。最常見的儲能材料有儲氫合金和用于一次電池(即原電池,,放電后不能復(fù)原使用)、二次電池(即蓄電池,,放電后可重新充電復(fù)原反復(fù)使用)的材料,。
常見的一次電池有鋅–二氧化錳電池、鋅–電池,、鋅–氧化銀電池和鋰電池等,。
常見的二次電池為鉛–酸電池、鎳–鎘電池,、鎳–鋅電池和鎳–氫化合物電池,、鈉–硫電池、鋰離子電池等,。
儲氫合金及其應(yīng)用
氫是自然界中儲量最大的元素,,也是一種非常清潔的能源。儲氫合金所存儲的氫的密度比液態(tài)氫大得多(液氫的密度為4.2×1022大氣壓/厘米3,,而LaNi5的氫密度為6.2×1022大氣壓/厘米3),,并且釋放氫時(shí)所需的能量很小。
儲氫合金的工作壓力很低,,操作簡單安全可靠,。研發(fā)中的儲氫合金體系有AB5型混合稀土合金、AB2型Laves相合金,、AB型鈦鐵系合金,、A2B型Mg–Ni系合金和釩基固溶體合金等。
儲氫合金與氣體氫發(fā)生反應(yīng)時(shí)生成金屬氫化合物,,大量的氫以固態(tài)形式儲存于儲氫合金中,。
儲氫合金的吸氫與放氫,實(shí)際上就是金屬氫化物的形成與分解,。
儲氫合金的基本特征是:能可逆地大量吸氫和放氫,,伴隨著吸(放)氫過程出現(xiàn)放(吸)熱效應(yīng),對氫能選擇性地吸收,,吸放氫的平衡壓力隨溫度急劇變化,。
儲氫合金可用于鎳–氫化合物電池,、氫的儲存和凈化、氫同位素分離,、氫氣回收、熱泵,、制冷等,。
在儲能方面儲氫合金的應(yīng)用主要有以下兩方面:①鎳–金屬氫化合物電池材料。這是一種以儲氫合金作為負(fù)極材料的新型二次電池,,其能量密度比鎳–鎘電池高1.5~2.0倍,,且無鎘的污染環(huán)境問題。所以,,作為鎳–鎘電池的替代電池,,已廣泛應(yīng)用作各種便攜式電子器具、移動(dòng)通信,、計(jì)算機(jī)等的電源,。在各種儲氫合金中,AB5型混合稀土合金具有優(yōu)良的性能價(jià)格比,,作為負(fù)極材料廣泛應(yīng)用于鎳–金屬氫化合物電池,。
②氫燃料儲存器材料。氫的熱值高,,易點(diǎn)燃,,燃燒時(shí)無有害氣體和灰渣產(chǎn)生,是理想的環(huán)保能源之一,。
由于燃油汽車對都市環(huán)境造成危害,,因而氫燃料汽車的發(fā)展備受重視。AB5型混合稀土合金是廣泛應(yīng)用的儲氫材料,,為提高其性能,,對其化學(xué)組成和組織結(jié)構(gòu)優(yōu)化不斷地開展著研究。
鋰電池與鋰離子電池材料
作為一次電池的鋰電池,,是一種以鋰作為負(fù)極活性物質(zhì)的化學(xué)電池,。由于金屬鋰的電極電位最負(fù)(?3.03伏),并且鋰的密度很小,,鋰電池具有很高的能量密度,,它是高能電池的重要品種。自20世紀(jì)70年代以來,,以金屬鋰為負(fù)極的各種高比能鋰一次電池相繼問世,,獲得了廣泛應(yīng)用。
其中以層狀化合物γ·β二氧化錳作正極,,以鋰作負(fù)極和以有機(jī)電解液構(gòu)成的鋰電池獲得最廣泛的應(yīng)用,。它是照相機(jī),、電子手表、計(jì)算器等各種具有存儲功能電子器件或裝置的理想電源,。此外,,還開發(fā)出鋰–聚氟化碳電池、鋰–二氧化硫電池,、鋰–硫化銅電池,、鋰–碘電池等。鋰離子電池為二次電池,,其原理為電池充電時(shí)鋰離子從正極脫嵌,,通過電解質(zhì)和隔膜,嵌入負(fù)極中,,反之當(dāng)電池放電時(shí)鋰離子又從負(fù)極中脫嵌,,通過電解質(zhì)和隔膜,重新嵌入到正極中,。
由于鋰離子在正負(fù)極中有固定的空間和位置,,因此,電池有很好的可逆性,,其電容量大并且具有長循環(huán)壽命和安全性,。鋰離子電池的正極材料包括氧化鈷鋰(LiCoO2)、氧化鎳鋰(LiNiO2),、氧化錳鋰(LiMn2O4)等材料,。而負(fù)極材料為碳材料。作為正極材料的導(dǎo)電聚合物的研究也受到重視,。電解質(zhì)的作用為在電池的正負(fù)極間形成良好的離子導(dǎo)電通道,。
常用的電解質(zhì)是由有機(jī)溶劑和鋰鹽構(gòu)成的。
聚合物電解質(zhì)是目前很重要的研發(fā)方向,,因它有利于實(shí)現(xiàn)電池的小型化,。自1990年鋰離子電池問世以來發(fā)展迅猛,它能滿足移動(dòng)通信,、筆記本電腦等對電源小型化,、輕量化、工作時(shí)間長和對環(huán)境無污染的要求,。鈉–硫電池材料 這是一種新型高溫固體電解質(zhì)二次電池,,其負(fù)極和正極分別為熔融的金屬鈉和硫,其電解質(zhì)為β–氧化鋁,。鈉–硫電池的工作溫度為300~350℃,,理論比能量很高(790瓦·時(shí)/千克),充放電循環(huán)壽命長(900次),,并且電池所用的原材料豐富,,成本低,。
此種電池很受重視,目前仍處于研發(fā)中,,以期用于電動(dòng)汽車的動(dòng)力源等,。
在光伏發(fā)電系統(tǒng)中,,大部分使用的都是鉛酸蓄電池,,考慮到電池的壽命,一般取放電深度為0.5-0.7之間,。蓄電池設(shè)計(jì)容量=(負(fù)載日均用電量*連續(xù)陰雨天數(shù))/蓄電池放電深度。
蓄電池的充電電流一般為0.1C-0.2C,,最大不超過0.3C,,例如1節(jié)鉛酸蓄電池12V200AH,充電電流一般在20A到40A之間,,最大不能超過60A;蓄電池的放電電流一般為0.2C-0.5C,,最大不超過1C,1節(jié)12V200AH鉛酸蓄電池,,輸出最大功率不超過2400W,,不同的廠家,不同的型號,,具體的數(shù)值也不一樣,,設(shè)計(jì)時(shí)要向廠家索取說明書。
由于人們所需的能源都具有很強(qiáng)的時(shí)間性和空間性,,為了合理利用能源并提高能量的利用率,需要使用一種裝置,,把一段時(shí)期內(nèi)暫時(shí)不用的多余能量通過某種收集并儲存起來,,在使用高峰時(shí)再提取使用,或者運(yùn)往能量緊缺的地方再使用,,這種方法就是能量存儲,。
儲能系統(tǒng)的構(gòu)成主要包括蓄電池系統(tǒng),PCS變流器系統(tǒng),、箱變系統(tǒng)(如有升壓),、站用變系統(tǒng)(單獨(dú)儲能系統(tǒng)。如與其他光伏等,,可無),、能量管理系統(tǒng)及監(jiān)控系統(tǒng)(SCADA系統(tǒng))、一次和二次電纜等組成,。
這種儲能電池最大可儲4000mAH
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