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Comparación de baterías en el sistema de almacenamiento de energía
El almacenamiento de energía tipo batería es almacenamiento de energía química.Se puede dividir en batería de plomo ácido, batería de litio, batería de hidrógeno de níquel, batería de flujo líquido (batería de vanadio), batería de azufre de sodio, batería de plomo carbón, etc. según el tipo de batería seleccionada.

1. Batería de plomo ácido
Las baterías de plomo-ácido incluyen coloides y líquidos (las llamadas baterías de plomo-ácido ordinarias).Estos dos tipos de baterías se utilizan según las diferentes regiones.La batería coloidal tiene una fuerte resistencia al frío y su eficiencia energética de trabajo es mucho mejor que la batería líquida cuando la temperatura es inferior a 15 ° C, y su rendimiento de aislamiento térmico es excelente.

La batería coloidal de plomo-ácido es una mejora de la batería de plomo-ácido común con electrolito líquido.El electrolito coloidal se usa para reemplazar el electrolito de ácido sulfúrico, que es mejor que la batería común en términos de seguridad, capacidad de almacenamiento, rendimiento de descarga y vida útil.La batería de plomo-ácido coloidal adopta un electrolito de gel y no hay líquido libre en el interior.Bajo el mismo volumen, el electrolito tiene una gran capacidad, una gran capacidad de calor y una fuerte capacidad de disipación de calor, lo que puede evitar el fenómeno de fuga térmica de las baterías en general;La corrosión de la placa del electrodo es débil debido a la baja concentración de electrolitos;La concentración es uniforme y no hay estratificación de electrolitos.

La batería de plomo-ácido ordinaria es un tipo de batería cuyo electrodo está hecho principalmente de plomo y su óxido, y el electrolito es una solución de ácido sulfúrico.En el estado de descarga de la batería de plomo-ácido, el componente principal del electrodo positivo es el dióxido de plomo y el componente principal del electrodo negativo es el plomo;En estado de carga, los componentes principales de los electrodos positivo y negativo son sulfato de plomo.El voltaje nominal de una batería de plomo-ácido de celda única es de 2,0 V, que se puede descargar a 1,5 V y cargar a 2,4 V;En la aplicación, seis baterías de plomo-ácido de una sola celda se utilizan a menudo en serie para formar una batería de plomo-ácido nominal de 12 V, así como 24 V, 36 V, 48 V, etc.

Sus ventajas incluyen principalmente: sellado seguro, sistema de liberación de aire, mantenimiento simple, larga vida útil, calidad estable, alta confiabilidad y sin mantenimiento;La desventaja es que la contaminación por plomo es grande y la densidad de energía es baja (es decir, demasiado pesada).

2. Batería de litio
La "batería de litio" es un tipo de batería con metal de litio o aleación de litio como material de cátodo y solución electrolítica no acuosa.Se divide en dos categorías: batería de metal de litio y batería de iones de litio.

La batería de metal de litio generalmente usa dióxido de manganeso como material de cátodo, litio metálico o su aleación de metal como material de cátodo, y usa una solución electrolítica no acuosa.Las baterías de iones de litio generalmente usan óxidos metálicos de aleación de litio como materiales de cátodo, grafito como materiales de cátodo y electrolitos no acuosos.Las baterías de iones de litio no contienen litio metálico y se pueden recargar.La batería de litio que utilizamos en el almacenamiento de energía es una batería de iones de litio, denominada "batería de litio".

Las baterías de litio utilizadas en el sistema de almacenamiento de energía incluyen principalmente: batería de fosfato de hierro y litio, batería de litio ternaria y batería de manganato de litio.La batería individual tiene alto voltaje, amplio rango de temperatura de trabajo, alta energía y eficiencia específicas y baja tasa de autodescarga.La seguridad y la vida se pueden mejorar mediante el uso de circuitos de protección y ecualización.Por lo tanto, considerando las ventajas y desventajas de varias baterías, las baterías de litio se han convertido en la primera opción para las centrales eléctricas de almacenamiento de energía debido a su cadena industrial relativamente madura, seguridad, confiabilidad y respeto al medio ambiente.

Sus principales ventajas son: larga vida útil, alta densidad de energía de almacenamiento, peso ligero y gran adaptabilidad;Las desventajas son poca seguridad, fácil explosión, alto costo y condiciones de uso limitadas.

Fosfato de hierro y litio
La batería de fosfato de hierro y litio se refiere a la batería de iones de litio que utiliza fosfato de hierro y litio como material del cátodo.Los materiales del cátodo de las baterías de iones de litio incluyen principalmente cobalato de litio, manganato de litio, óxido de níquel y litio, materiales ternarios, fosfato de hierro y litio, etc. El cobalato de litio es el material del cátodo utilizado por la mayoría de las baterías de iones de litio.

El fosfato de hierro y litio como material para baterías de energía de litio solo apareció en los últimos años.Fue en 2005 cuando se desarrolló en China una batería de fosfato de hierro y litio de gran capacidad.Su rendimiento de seguridad y ciclo de vida son incomparables con otros materiales.El ciclo de vida de carga y descarga de 1C alcanza 2000 veces.El voltaje de sobrecarga de una sola batería es de 30 V, que no se quemará y la perforación no explotará.Las baterías de iones de litio con gran capacidad fabricadas con materiales de cátodo de fosfato de hierro y litio son más fáciles de usar en serie para satisfacer las necesidades de carga y descarga frecuentes de los vehículos eléctricos.

El fosfato de hierro y litio es una materia prima no tóxica, libre de contaminación, segura y ampliamente obtenida, económica, de larga duración y otras ventajas.Es un material de cátodo ideal para baterías de iones de litio de nueva generación.La batería de fosfato de hierro y litio también tiene sus desventajas.Por ejemplo, la densidad de apisonamiento del material del cátodo de fosfato de hierro y litio es pequeña, y el volumen de la batería de fosfato de hierro y litio con la misma capacidad es mayor que las baterías de iones de litio como el cobalato de litio, por lo que no tiene ventajas en las micro baterías.

Debido a las características inherentes del fosfato de hierro y litio, su rendimiento a baja temperatura es inferior al de otros materiales catódicos como el manganato de litio.En general, para una sola celda (tenga en cuenta que es una sola celda en lugar de un paquete de baterías), el rendimiento medido a baja temperatura del paquete de baterías puede ser ligeramente mayor,

Esto está relacionado con las condiciones de disipación de calor), su tasa de retención de capacidad es de aproximadamente 60~70 % a 0 ℃, 40~55 % a -10 ℃ y 20~40 % a -20 ℃.Tal rendimiento a baja temperatura obviamente no puede cumplir con los requisitos de uso de la fuente de alimentación.En la actualidad, algunos fabricantes han mejorado el rendimiento a baja temperatura del fosfato de hierro y litio al mejorar el sistema de electrolitos, mejorar la fórmula del electrodo positivo, mejorar el rendimiento del material y mejorar el diseño de la estructura de la celda.

Batería de litio ternaria
La batería de polímero de litio ternario se refiere a la batería de litio cuyo material de cátodo es manganato de litio, níquel y cobalto (Li (NiCoMn) O2) material de cátodo ternario.El material del cátodo compuesto ternario está hecho de sal de níquel, sal de cobalto y sal de manganeso como materia prima.La proporción de níquel, cobalto y manganeso en la batería de polímero de litio ternario se puede ajustar según las necesidades reales.La batería con material ternario como cátodo tiene una alta seguridad en comparación con la batería de cobalto de litio, pero su voltaje es demasiado bajo.

Sus principales ventajas son: buen rendimiento del ciclo;La desventaja es que el uso es limitado.Sin embargo, debido al endurecimiento de las políticas internas sobre las baterías de litio ternario, el desarrollo de las baterías de litio ternario tiende a ralentizarse.

Batería de manganato de litio
La batería de manganato de litio es uno de los materiales de cátodo de iones de litio más prometedores.En comparación con los materiales de cátodo tradicionales como el cobalato de litio, el manganato de litio tiene las ventajas de una gran cantidad de recursos, bajo costo, sin contaminación, buena seguridad, buen rendimiento de multiplicación, etc. Es un material de cátodo ideal para baterías eléctricas.Sin embargo, su bajo rendimiento de ciclo y estabilidad electroquímica limitan en gran medida su industrialización.El manganato de litio incluye principalmente manganato de litio de espinela y manganato de litio en capas.El manganato de litio de espinela tiene una estructura estable y es fácil de realizar la producción industrial.Los productos del mercado actual son todos de esta estructura.El manganato de litio de espinela pertenece al sistema de cristal cúbico, grupo espacial Fd3m, y la capacidad específica teórica es de 148 mAh/g.Debido a la estructura tridimensional del túnel, los iones de litio se pueden desintegrar de forma reversible de la red de espinela sin provocar el colapso de la estructura, por lo que tiene un excelente rendimiento de aumento y estabilidad.

3. Batería NiMH
La batería NiMH es un tipo de batería con buen rendimiento.El principio activo positivo de la batería de hidrógeno de níquel es Ni (OH) 2 (llamado electrodo NiO), el principio activo negativo es hidruro metálico, también llamado aleación de almacenamiento de hidrógeno (llamado electrodo de almacenamiento de hidrógeno), y el electrolito es una solución de hidróxido de potasio de 6 mol/L.

La batería de hidruro metálico de níquel se divide en batería de hidruro metálico de níquel de alto voltaje y batería de hidruro metálico de níquel de bajo voltaje.

La batería de hidruro metálico de níquel de bajo voltaje tiene las siguientes características: (1) El voltaje de la batería es de 1,2~1,3 V, lo que equivale a una batería de níquel cadmio;(2) Alta densidad de energía, más de 1,5 veces la de la batería de níquel cadmio;(3) carga y descarga rápidas, buen rendimiento a baja temperatura;(4) Sellable, fuerte sobrecarga y resistencia a la descarga;(5) Sin generación de cristales dendríticos, lo que puede evitar cortocircuitos en la batería;(6) Seguro y fiable, sin contaminación del medio ambiente, sin efecto memoria, etc.

La batería de hidrógeno de níquel de alto voltaje tiene las siguientes características: (1) Gran fiabilidad.Tiene una buena protección contra sobredescarga y sobrecarga, puede soportar una alta tasa de descarga de carga y no tiene formación de dendritas.Tiene una buena propiedad específica.Su capacidad de masa específica es de 60 A · h/kg, que es 5 veces mayor que la de la batería de níquel cadmio.(2) Larga vida útil, hasta miles de veces.(3) Completamente sellado, menos mantenimiento.(4) El rendimiento a baja temperatura es excelente y la capacidad no cambia significativamente a -10 ℃.

Las principales ventajas de la batería NiMH son: alta densidad de energía, velocidad de carga y descarga rápida, peso ligero, larga vida útil, sin contaminación ambiental;Las desventajas son un ligero efecto de memoria, más problemas de gestión y la fusión fácil de formar un solo separador de batería.

4. Celda de flujo
La batería de flujo líquido es un nuevo tipo de batería.La batería de flujo líquido es una batería de alto rendimiento que utiliza electrolito positivo y negativo para separarse y circular por separado.Tiene las características de alta capacidad, amplio campo de aplicación (ambiente) y ciclo de vida prolongado.Es un nuevo producto energético en la actualidad.

La batería de flujo líquido se usa generalmente en el sistema de la central eléctrica de almacenamiento de energía, que consta de una unidad de pila, una solución de electrolito y una unidad de suministro y almacenamiento de solución de electrolito, una unidad de control y gestión, etc. El núcleo se compone de una pila y (la pila se compone de docenas de celdas para la reacción de reducción de oxidación) y una sola celda para cargar y descargar de acuerdo con los requisitos específicos en serie, y su estructura es similar a la de una pila de celda de combustible.

La batería de flujo de vanadio es un nuevo tipo de almacenamiento de energía y equipo de almacenamiento de energía.No solo se puede usar como un dispositivo de almacenamiento de energía de apoyo para los procesos de generación de energía solar y eólica, sino que también se puede usar para reducir los picos de la red eléctrica para mejorar la estabilidad de la red eléctrica y garantizar la seguridad de la red eléctrica.Sus principales ventajas son: diseño flexible, ciclo de vida prolongado, tiempos de respuesta rápidos y sin emisiones nocivas;La desventaja es que la densidad de energía varía mucho.

5. Batería de azufre de sodio
La batería de azufre de sodio se compone de polo positivo, polo negativo, electrolito, diafragma y carcasa.A diferencia de las baterías secundarias ordinarias (baterías de plomo-ácido, baterías de níquel cadmio, etc.), la batería de azufre de sodio está compuesta de electrodo fundido y electrolito sólido.La sustancia activa del polo negativo es sodio metálico fundido, y la sustancia activa del polo positivo es azufre líquido y polisulfuro de sodio fundido.Batería secundaria con sodio metálico como electrodo negativo, azufre como electrodo positivo y tubo cerámico como separador de electrolito.Bajo un cierto grado de trabajo, los iones de sodio pueden reaccionar de manera reversible con el azufre a través de la membrana electrolítica para liberar y almacenar energía.

Como un nuevo tipo de fuente de energía química, este tipo de batería se ha desarrollado mucho desde su creación.La batería de azufre de sodio es de tamaño pequeño, gran capacidad, larga vida útil y alta eficiencia.Es ampliamente utilizado en el almacenamiento de energía eléctrica, como reducción de picos y llenado de valles, suministro de energía de emergencia y generación de energía eólica.

Sus principales ventajas son las siguientes: 1) Posee mayor energía específica (es decir, la energía eléctrica efectiva por unidad de masa o unidad de volumen de la batería).Su energía específica teórica es de 760Wh/Kg, que en realidad ha superado los 150Wh/Kg, 3-4 veces la de una batería de plomo-ácido.2) Al mismo tiempo, puede descargar con gran corriente y alta potencia.Su densidad de corriente de descarga generalmente puede alcanzar 200-300mA/cm2, y puede liberar 3 veces su energía inherente en un instante;3) Alta eficiencia de carga y descarga.

La batería de azufre de sodio también tiene deficiencias.Su temperatura de trabajo es de 300-350 ℃, por lo que la batería debe calentarse y mantenerse caliente durante el funcionamiento.Sin embargo, este problema se puede resolver de manera efectiva mediante el uso de tecnología de aislamiento térmico al vacío de alto rendimiento.

6. Batería de plomo-carbono
La batería de plomo-carbono es un tipo de batería de plomo-ácido capacitiva, que es una tecnología desarrollada a partir de la batería de plomo-ácido tradicional.Puede mejorar significativamente la vida útil de la batería de plomo ácido al agregar carbón activo al polo negativo de la batería.

La batería de plomo-carbono es un nuevo tipo de superbatería, que combina la batería de plomo-ácido y el supercondensador: no solo aprovecha las ventajas de la carga instantánea de gran capacidad del supercondensador, sino que también aprovecha la ventaja energética específica de la batería de plomo-ácido, y tiene un muy buen rendimiento de carga y descarga: se puede cargar completamente en 90 minutos (si la batería de plomo-ácido se carga y descarga de esta manera, su vida útil es inferior a 30 veces).Además, debido a la adición de carbono (grafeno), se evita el fenómeno de sulfatación del electrodo negativo, lo que mejora un factor de falla de la batería en el pasado y prolonga la vida útil de la batería.

La batería de plomo-carbono es una mezcla de supercondensador asimétrico y batería de plomo-ácido en forma de conexión paralela interna.Como un nuevo tipo de súper batería, la batería de plomo-carbono es una combinación de las tecnologías de batería de plomo-ácido y supercondensador.Es una batería de almacenamiento de energía de doble función con características capacitivas y características de batería.Por lo tanto, no solo aprovecha al máximo las ventajas de la carga de energía instantánea de supercondensador con gran capacidad, sino que también aprovecha al máximo las ventajas energéticas de las baterías de plomo-ácido, que se pueden cargar por completo en una hora.Tiene un buen rendimiento de carga y descarga.Debido al uso de tecnología de plomo-carbono, el rendimiento de la batería de plomo-carbono es muy superior al de la batería de plomo-ácido tradicional, que se puede utilizar en vehículos de nueva energía, como vehículos eléctricos híbridos, bicicletas eléctricas y otros campos;También se puede utilizar en el campo del almacenamiento de nueva energía, como la generación de energía eólica y el almacenamiento de energía.