储能技术储能材料新能源材料锂电池储能资料

表3 全球各国CO2排放量比较排行
在北京、上海等大城市，空气污染的 60%来自汽车排放
二氧化碳的全球排放量中，中国居第 二
1.2 新能源
新能源 广义上来说，有 别于传统依靠矿 物质原料燃烧的 能源都称之为新
能源。
太阳能
风能
生物质能 核能
Wave Tide
地热、潮汐 能……
资源丰富、利用方便、洁净无污染
V2+离子溶液；
• 电池放电后，正、负极分别为V4+和V3+离子溶 液；电池内部通过H+导电。
• 在酸性介质中，V5+/V4+、和V3+/V2+两电对的电 位差约1.25V。
全钒液流电池的特点
• 液流储能电池是一类适合于固定式大规模储能（蓄电） 的装置，相比于目前常用的铅酸蓄电池、镍镉电池等二次蓄 电池，具有功率和储能容量可独立设计（储能介质存储在电 池外部）、效率高、寿命长、可深度放电、环境友好等优点 ，是规模储能技术的首选技术之一。
全钒液流电池
—— 钒氧化还原液流电池是以钒离子溶液为正、 负极活性物质的二次电池。
• 3、1865年，（法国）勒克朗锌锰电池， 1887年，英国人赫勒森采用糊状电解液， 得到干电池。
二次电池 • 1、1859年，法国人普朗泰发明铅酸电池； • 2、1899年，镍镉电池 • 3、1976年，菲力普研究院发明镍氢电池
• 4、1970年代，M.S.Whittingham采用金属锂作为负极材 料，制成首个锂电池。
缺点： 锂离子电池主要的问题是在过充电和过放电状态电池会发 生爆炸，手机电池都是使用的单体电池，再经过良好的保 护电路来配合使用，基本上杜绝了电池爆炸的问题。
化学储能——液流电池
电解质溶液（储能介质）存储在电池外部的电解液储 罐中，电池内部正负极之间由离子交换膜分隔成彼此相互 独立的两室（正极侧与负极侧），电池工作时正负极电解 液由各自的送液泵强制通过各自反应室循环流动，参与电 化学反应。
飞轮储能的主要优点有：
• 1)储能密度高：比超导磁储能、超级电容器储能 和一般的蓄电池都要高。以目前的最好的碳素纤 维复合材料来说，这种材料的飞轮转子可以承受 的最大线速度达到 1000m/s 以上，储能密度可达 到 230Wh/kg。
• 2)充放电时间短，且无过充放电问题：飞轮储能 充电只需要几分钟，而不像化学电池需要几个小 时的充电时间。
锂离子电池
所谓锂离子电池是指分别用 二个能可逆地嵌入与脱嵌锂离 子的化合物作为正负极构成的 二次电池。
人们将这种靠锂离子在正负 极之间的转移来完成电池充放 电工作的，独特机理的锂离子 电池形象地称为“摇椅式电池 ”，俗称“锂电”。
锂离子电池优缺点
优点： 具有能量密度高、充放电速度快、重量轻、寿命长、无环 境污染等优点 循环寿命长,一般均可达到500次以上,甚至1000次以
• 1984年由澳大利亚新南 威尔士大学M Sya llas-K azacos提出。1986年获 得专利。
• 1994年，钒液流电池用 在高尔夫车上，4kWh钒 液流电池在潜艇上作为备 用电源。
• 10千瓦级全钒液流储能电池系
• 钒液流电池充放电原理： • 正极电解液：V5+和V4+ • 负极电解液：V3+和V2+； • 电池充电后，正极物质为V5+离子溶液, 负极为
• 国际单位是焦耳J 1J=0.2388cal
• 原子物理和粒子物理中还常使用电子伏： 1 eV = 1.602×10-19 J
• 二、储能技术与应用
二、储能技术
2.1 储能技术的用途
电源管理
供
电
清
电
站
洁
稳
调
能
定
峰
源
存
储
ห้องสมุดไป่ตู้
储能技术的功率等级及技术成熟度
2.2 储能方式
机械储能 化学储能 电磁储能
括半导体电极产生电面电解水产生包、利用氢氧化钙或金属 氢化物热分解储能等内容
（2）风能
风能是指太阳辐射造成地球 各部分受热不均匀，引起各地 温差和气压不同，导致空气运 动而产生的能量。
利用风力机可将风能转换成 电能、机械能和热能等。风能 利用的主要形式有风力发电、 风力提水、风力致热以及风帆 助航等。
• 能量是物质运动的量 化转换，简称“能” 。
能量的存在形式：
• 机械能（风能、潮汐能） • 内能（地热等） • 电能 • 化学能 • 原子能 • 电磁能
• 宏观物体的机械运动——机械能 • （动能、位能和压力能）； • 分子运动——热能； • 原子运动——化学能； • 带电粒子的定向运动——电能； • 光子运动——光能
•
有机物中除矿物燃料以外的所有来源于动植
物的能源物质均属于生物质能，通常包括木材及
森林废弃物、农业废弃物、水生植物、油料植物
、城市和工业有机废弃物等。
（4）地热
• 地热资源：是指在当前技术经济和地质环境条件下，地壳 内能够科学、合理地开发出来的岩石中的热能量和地热流 体中的热能量及其伴生的有用组分。
2.2.1 机械储能
弹性储能 液压储能 抽水储能 压缩空气储能 飞轮储能
飞轮储能
• 飞轮储能——是指驱动电机带动飞轮旋 转将电能以机械能的形式储存起来，在整 个电能的存储和释放过程中都利用了电力 电子转换技术。
• 飞轮储能密度的大小是由飞轮转子转速大 小决定的。
1999 年欧洲 Urenc Power 公司利用高强度 碳纤维和玻璃纤维复 合材料制作飞轮，转速为 42 000 rad/min，2001 年 1 月系统投入运 行，充当UPS，储能量达到 18 MJ
• 风能的缺点： • 在一些地区、风力发电的经济性不足：
许多地区的风力有间歇性，更糟糕的情况 是如台湾等地在电力需求较高的夏季及白 日、是风力较少的时间；
• 必须等待储能技术发展。
（3）生物质能
• 生物质能是蕴藏在生物质中的能量，是绿色 植物通过叶绿宏将太阳能转化为化学能而贮存在 生物质内部的能量。
300
250
200
150
100
50
0
太阳能 石油 天然气 煤
铀
世界 中国
我国各种能源探明储量（以储采比表示）与世界比较
摘自“光伏技术和产业发展战略国际研讨会：机遇与挑战” 论文集 2004年4月8日， 北京 P8
石油如何满足？
—— 能源及环境的可持续发展面临挑战
石油如何满足？
我国石油储量不足世界的2%。 2007年我国原油对外依存度达到46.05%
铅蓄电池内的阳极 (PbO2) 及阴极 (Pb) 浸到电解液 ( 稀硫酸 ) 中，两极 间会产生 2V 的电力。
放电状态，阴阳极及电解液即会发生如下的变化：
( 阳极 ) ( 电解液 ) ( 阴极 ) PbO2 + 2H2SO4 + Pb ---> PbSO4 + 2H2O + PbSO4 ( 放电反应 ) ( 过氧化铅 ) ( 硫酸 ) ( 海绵状铅 )
蓄电池连接外部电路放电时，稀硫酸即会与阴、阳极板上的活性物质产 生反应 , 生成新化合物『硫酸铅』。
充电，则阴阳极及电解液即会发生如下的变化：
( 阳极 ) ( 电解液 ) ( 阴极 ) PbSO4 + 2 H2O + PbSO4 ---> PbO2 + 2 H2SO4 + Pb ( 充电反应 ) ( 硫酸铅 ) ( 水 ) ( 硫酸铅 )
。 每年新增1000万辆汽车，石油需求新增
2000万吨左右。 如何保证？？？
CO2大量排放带来的最直接危害——温室效应！
从左图大气CO2浓 度随年代的变化及其在 全球的分布图可以看出 ：
很明显，近20年来 ，CO2的浓度上升迅速 非常迅速，2010年将接 近550ppm。
而且，主要分布在 美国和中国所在的北半 球高纬度60-80度处。
化学储能——镍系电池
镍镉电池（Ni-Cd）是最早应用于手机、笔记
本电脑等设备的电池种类 。
Cd+2NiO(OH)+2H2O=2Ni(OH)2+Cd(OH)2
镍镉电池优缺点
优点： 1 良好的大电流放电特性 2 耐过充放电能力强 3 维护简单
缺点： 1 镉是有毒的，环境污染 2 在充放电过程中如果处理不当，会出现严重的
• 3）寿命长：飞轮储能系统的寿命主要取决于其电 力电子的寿命，一般可达到 20 年左右。
飞轮储能技术广泛应用的主要瓶颈： • a) 技术成本相对于蓄电池来说比较高； • b) 轴承材料还有待进一步的突破； • c) 自放电现象很严重。
抽水储能
抽水蓄能电站必须配备上、下两个水库，对建站地点要求 苛刻，但是运行简单，可靠且使用期较长
储能技术与应用
• 一、能源概况
一. 能源概况
➢1.1 化石能源现状 ➢1.2 新能源 ➢1.3 储能的基本概念
1.1 化石能源现状
1.可再生清洁能源如风能、太阳 能等所占比例不到3% 2.石油、煤和天然气占初级 能源消耗的85%左右 3.其余主要是火电和水电
据可靠资料报道，到2020年，我 国能源的消费比例除了利用石油、 煤和天然气以及水电外，风能的 消费比例要占到10%，核能的消 费要占到3%。
• 电磁能 Electro-magnetic energy ： 彼此相互联系的交变电场和磁场所具有的能量，是
电场能和磁场能的总和。
• 由于电磁场对电荷有洛伦兹力作用，所以电磁能可以 通过场对运动电荷作功而与其他形式能量（如热能、 机械能等）相互转化，电磁能也能从空间一处传播到 另一处
能量的单位
• 能量的单位： 焦J、尔格、千瓦时kWh、卡cal、电子伏（特）eV等
由于放电时在阳极板，阴极板上所产生的硫酸铅会在充电时被分解还原 成硫酸 , 铅及过氧化铅 。
充电到最后阶段时，电流几乎都用在水的电解 ，而阴极板就产生氢，阳 极板则产生氧。
襄 樊 驼 峰 电 池 生 产 设 备
铅酸电池特点 优点：
1 寿命长 2 价格低 3 可以大电流放电 缺点： 1 铅的污染 2 能量密度低，也就是说过于笨重
“记忆效应”，使得服务寿命大大缩短
镍氢电池——镍氢电池是有氢离子和金属镍
合成。镍氢电池的缺点是价格比镍镉电池要贵 好多，性能比锂电池要差。
优点： 1、充放电速度快、重量轻、寿命长、无环境污染 2、镍氢电池能量密度比镍镉电池大二倍
缺点： 1 轻微记忆效应 2 镍氢电池串连电池组的管理问题比较多，一旦 发生过充电以后，就会形成单体电池隔板熔化的 问题，导致整组电池迅速失效。
• 5、1982年，R.R.Agarwal和J.R.Selman锂离子电池。 • 6、1991年，日本索尼公司将锂离子电池商业化。
化学储能——铅酸电池
构成铅蓄电池之主要成份如下：
阳极板 ( 过氧化铅 .PbO2 )---> 活性物质 阴极板 ( 海绵状铅 .Pb) ---> 活性物质 电解液 ( 稀硫酸 ) ---> 硫酸 ( H2SO4) + 水 ( H2O) 电池外壳 隔离板 其它 ( 液口栓 . 盖子等 )
• 化学储能的原理 • 所谓化学储能就是利用化学反应储存电
能，或者说将电能与化学能相互转化以实 现存储电能的目的。
• 化学储能的装置就是可充放电电池，或二 次电池。
电池的发展历史 一次电池
• 1、1799年，（意大利）伏打电堆问世；
• 2、1836年，（英国）丹尼尔电池，硫酸电 解质，无极化，放电平稳。
目前为止，美国和西欧经济发达国家抽水储能机 组容量占世界抽水蓄能电站总装机容量 55%以上
压缩空气储能
• 世界上第一个商业化CAES电站为1978年在德国建造，装机容量为 290 MW，换能效率77%。
•
2009年被美国列入未来十大技术
弹性储能
液压储能
2.2.2 化学储能
铅酸电池 镍系电池 锂系电池 液流电池 钠硫电池
（1）太阳能
太阳能的转换和利用方式： 光——热转换 接收或聚集太阳能使之转换为热能，然后用于生产和生
活的一些方面，是光一热转换即太阳能光热利用的基本方式。 光——电转换 利用光生伏打效应原理制成的太阳能电池，可将太阳的光
能直接转换成为电能，称为光一电转换，即太阳能光电利用。 光——化学转换 光一化学转换目前尚处于研究开发阶段，这种转换技术包
• 按赋存形式可分：
• 水热型(又分为干蒸汽型、湿蒸汽型和热水型)、地压型、 干热岩型和岩浆型四大类；
• 按温度高低可分为：
• 高温型(>150℃) • 中温型(90—149℃) • 低温型(<89℃)。
• 地热能的利用方式主要有地热发电和地热直接利用两大类 。
1.3 能的定义
• 能是度量物质运动的 一种物理量；