DKSESS 100KW オフグリッド/ハイブリッド オールインワン太陽光発電システム

エネルギー貯蔵システムにおける電池の比較
電池式エネルギー貯蔵は化学エネルギー貯蔵です。選択した電池の種類に応じて、鉛酸電池、リチウム電池、ニッケル水素電池、液流電池（バナジウム電池）、ナトリウム硫黄電池、鉛炭素電池などに分けることができます。

1.鉛蓄電池
鉛蓄電池にはコロイドと液体があります（いわゆる通常の鉛蓄電池）。この2種類の電池は地域に応じて使い分けられています。コロイド電池は耐寒性が強く、15℃以下での動作エネルギー効率は液体電池に比べてはるかに優れており、断熱性能も優れています。

コロイド鉛蓄電池は、液体電解質を使用した一般的な鉛蓄電池を改良したものです。コロイド電解液は硫酸電解液の代替として使用されており、安全性、蓄電容量、放電性能、寿命の点で一般的な電池よりも優れています。コロイド鉛蓄電池はゲル電解質を採用しており、内部に自由液体はありません。同じ体積の下で、電解液は大容量、大きな熱容量、および強力な放熱能力を備えており、一般的なバッテリーの熱暴走現象を回避できます。電解液濃度が低いため、極板の腐食は弱い。濃度は均一であり、電解質の層別化はありません。

通常の鉛蓄電池は、電極が主に鉛とその酸化物でできており、電解液が硫酸溶液である電池の一種です。鉛蓄電池の放電状態では、正極の主成分は二酸化鉛、負極の主成分は鉛です。充電状態では、正極と負極の主成分は硫酸鉛です。単セル鉛蓄電池の公称電圧は 2.0V で、1.5V まで放電し、2.4V まで充電できます。アプリケーションでは、6 個の単セル鉛蓄電池を直列に使用して、公称 12V の鉛蓄電池のほか、24V、36V、48V などを形成することがよくあります。

その利点は主に次のとおりです。安全なシール、エアリリースシステム、簡単なメンテナンス、長寿命、安定した品質、高い信頼性、メンテナンスフリー。欠点は鉛汚染が大きく、エネルギー密度が低い（つまり重すぎる）ことです。

2. リチウム電池
「リチウム電池」とは、正極材料としてリチウム金属またはリチウム合金を使用し、非水電解液を用いた電池の一種です。リチウム金属電池とリチウムイオン電池の2つに分類されます。

リチウム金属電池は一般に、正極材料として二酸化マンガン、正極材料として金属リチウムまたはその合金金属を使用し、非水電解液を使用する。リチウムイオン電池は通常、正極材料としてリチウム合金金属酸化物、正極材料として黒鉛、および非水電解質を使用します。リチウムイオン電池には金属リチウムが含まれていないため、充電が可能です。エネルギー貯蔵に使用されるリチウム電池は、「リチウム電池」と呼ばれるリチウムイオン電池です。

エネルギー貯蔵システムに使用されるリチウム電池には、主にリン酸鉄リチウム電池、三元リチウム電池、マンガン酸リチウム電池などがあります。単一バッテリーは高電圧、広い動作温度範囲、高い比エネルギーと効率、そして低い自己放電率を備えています。保護回路や均等化回路を使用することで安全性と寿命を向上させることができます。したがって、さまざまな電池の長所と短所を考慮すると、比較的成熟した産業チェーン、安全性、信頼性、環境への優しさから、リチウム電池がエネルギー貯蔵発電所の第一の選択肢となっています。

その主な利点は、長寿命、高い貯蔵エネルギー密度、軽量、高い適応性です。欠点は、安全性が低く、爆発しやすいこと、コストが高いこと、使用条件が限られていることです。

リン酸鉄リチウム
リン酸鉄リチウム電池とは、正極材料としてリン酸鉄リチウムを使用したリチウムイオン電池を指します。リチウムイオン電池の正極材料には、主にコバル酸リチウム、マンガン酸リチウム、ニッケル酸化リチウム、三元系材料、リン酸鉄リチウムなどが含まれます。コバル酸リチウムは、ほとんどのリチウムイオン電池で使用される正極材料です。

リン酸鉄リチウムは、リチウムパワーバッテリー材料として近年登場したばかりです。中国で大容量のリン酸鉄リチウム電池が開発されたのは2005年。その安全性能とサイクル寿命は他の材料とは比べものになりません。1C充放電のサイクル寿命は2000回に達します。単一のバッテリーの過充電電圧は 30V であり、燃えたり、穴があいても爆発したりすることはありません。リン酸鉄リチウム正極材料で作られた大容量のリチウムイオン電池は、電気自動車の頻繁な充放電のニーズを満たすために直列で使用することが容易です。

リン酸鉄リチウムは、無毒、無公害、安全、広く調達された原料、安価、長寿命などの利点があります。新世代リチウムイオン電池の正極材料として最適です。リン酸鉄リチウム電池にも欠点があります。例えば、リン酸鉄リチウム正極材料のタンピング密度は小さく、同じ容量のリン酸鉄リチウム電池の体積はコバル酸リチウムなどのリチウムイオン電池よりも大きいため、マイクロ電池としては利点がありません。

リン酸鉄リチウムの固有の特性により、その低温性能はマンガン酸リチウムなどの他の正極材料に比べて劣ります。一般に、単一セル (バッテリー パックではなく単一セルであることに注意してください) の場合、バッテリー パックの測定された低温性能はわずかに高くなる可能性があります。

これは放熱条件に関係します）、容量維持率は0℃で60～70％程度、-10℃で40～55％、-20℃で20～40％程度となります。このような低温性能では、明らかに電源の使用要件を満たせません。現在、一部のメーカーは、電解質システムの改善、正極配合の改善、材料性能の改善、セル構造の設計の改善により、リン酸鉄リチウムの低温性能を改善しています。

三元系リチウム電池
三元ポリマーリチウム電池とは、正極材料がニッケルコバルトマンガン酸リチウム (Li (NiCoMn) O2) 三元正極材料であるリチウム電池を指します。三元複合正極材料は、ニッケル塩、コバルト塩、マンガン塩を原料として作られています。三元ポリマーリチウム電池内のニッケル、コバルト、マンガンの割合は、実際のニーズに応じて調整できます。三元系材料を正極に用いた電池は、コバルトリチウム電池に比べて安全性が高いが、電圧が低すぎる。

その主な利点は次のとおりです。優れたサイクル性能。デメリットとしては、用途が限定されてしまうことです。しかし、三元系リチウム電池に対する国内政策の強化により、三元系リチウム電池の開発は減速する傾向にある。

マンガン酸リチウム電池
マンガン酸リチウム電池は、最も有望なリチウムイオン正極材料の 1 つです。コバル酸リチウムなどの従来の正極材料と比較して、マンガン酸リチウムは、豊富な資源、低コスト、無公害、優れた安全性、優れた増殖性能などの利点を備えており、動力電池にとって理想的な正極材料です。しかし、サイクル性能と電気化学的安定性が低いため、工業化は大きく制限されています。マンガン酸リチウムには主にスピネル型マンガン酸リチウムと層状マンガン酸リチウムがある。スピネル型マンガン酸リチウムは構造が安定しており、工業生産が容易である。現在市販されている製品はすべてこの構造になっています。スピネルマンガン酸リチウムは立方晶系、Fd3m空間群に属し、理論比容量は148mAh/gです。三次元トンネル構造により、構造が崩れることなくリチウムイオンがスピネル格子から可逆的に脱埋できるため、優れた倍率性能と安定性を備えています。

3. ニッケル水素電池
ニッケル水素電池は優れた性能を持った電池の一種です。ニッケル水素電池の正極活物質はNi(OH) 2 (NiO電極といいます)、負極活物質は水素吸蔵合金とも呼ばれる金属水素化物(水素吸蔵電極といいます)、電解液は6mol/Lの水酸化カリウム溶液です。

ニッケル水素電池は、高電圧ニッケル水素電池と低電圧ニッケル水素電池に分かれます。

低電圧ニッケル水素電池は以下のような特徴があります。 (1) 電池電圧は1.2～1.3Vでニッケルカドミウム電池と同等です。(2) ニッケルカドミウム電池の1.5倍以上の高いエネルギー密度。(3) 高速充電および放電、良好な低温性能。(4) 密閉性があり、過充電および放電に強い。(5) 樹枝状結晶が生成しないため、電池の短絡が防止されます。(6) 安全で信頼性が高く、環境汚染がなく、メモリー効果などもありません。

高電圧ニッケル水素電池には次のような特徴があります。 (1) 高い信頼性。優れた過放電および過充電保護機能を備えており、高い充電放電速度に耐えることができ、樹枝状結晶の形成がありません。優れた固有の特性を持っています。比質量容量は60A・h/kgとニッケルカドミウム電池の5倍です。(2) サイクル寿命が長く、最大数千回。(3) 完全密閉なのでメンテナンスが少なくて済みます。(4)低温性能に優れ、-10℃でも容量が大きく変化しません。

ニッケル水素電池の主な利点は、高エネルギー密度、速い充放電速度、軽量、長寿命、環境汚染がないことです。欠点としては、メモリー効果がわずかであること、管理上の問題が増えること、単一バッテリーのセパレーターが溶けやすいことが挙げられます。

4. フローセル
液体フロー電池は新しいタイプの電池です。液体フロー電池は、正極と負極の電解液を分離して循環させる高性能電池です。高容量、広い適用分野（環境）、長いサイクル寿命という特徴を持っています。現時点では新エネルギー製品です。

液体フロー電池は一般にエネルギー貯蔵発電所のシステムに使用され、スタックユニット、電解液および電解液貯蔵・供給ユニット、制御・管理ユニットなどで構成されます。コアはスタックと（スタックは酸化還元反応用の数十個のセルで構成されます）および特定の要件に応じて充放電する単セルを直列に接続して構成されており、その構造は燃料電池スタックの構造に似ています。

バナジウムフロー電池は、新しいタイプの電力貯蔵およびエネルギー貯蔵装置です。太陽光発電や風力発電プロセスの補助エネルギー貯蔵装置として使用できるだけでなく、電力網のピークカットに使用して電力網の安定性を向上させ、電力網の安全性を確保することもできます。その主な利点は、柔軟なレイアウト、長いサイクル寿命、速い応答時間、および有害な排出がないことです。欠点は、エネルギー密度が大きく変化することです。

5. ナトリウム硫黄電池
ナトリウム硫黄電池は、正極、負極、電解質、隔膜、シェルで構成されています。ナトリウム硫黄電池は、通常の二次電池（鉛蓄電池、ニッケルカドミウム電池など）と異なり、溶融した電極と固体電解質から構成されています。負極の活物質は溶融金属ナトリウムであり、正極の活物質は液体硫黄と溶融多硫化ナトリウムです。負極として金属ナトリウム、正極として硫黄、電解質セパレータとしてセラミックチューブを使用した二次電池。一定の作動度の下で、ナトリウムイオンは電解質膜を通して硫黄と可逆的に反応して、エネルギーの放出と貯蔵を形成することができます。

この種の電池は新しいタイプの化学電源として、誕生以来大きく発展してきました。ナトリウム硫黄電池は小型、大容量、長寿命、高効率です。ピークカットやバレーフィルなどの電力貯蔵、非常用電源、風力発電などに幅広く使用されています。

その主な利点は次のとおりです。 1) 比エネルギー (つまり、バッテリーの単位質量または単位体積あたりの有効電気エネルギー) が高くなります。理論上の比エネルギーは760Wh/Kgで、実際には150Wh/Kgを超え、鉛蓄電池の3～4倍です。2) 同時に大電流・高出力での放電が可能です。その放電電流密度は一般に 200 ～ 300mA/cm2 に達し、瞬時に固有エネルギーの 3 倍を放出できます。3) 高い充放電効率。

ナトリウム硫黄電池にも欠点があります。動作温度は300〜350℃であるため、動作中にバッテリーを加熱して保温する必要があります。しかし、この問題は高性能真空断熱技術を利用することで効果的に解決できます。

6.鉛炭素電池
鉛炭素電池は容量性鉛酸電池の一種であり、従来の鉛酸電池から進化した技術です。バッテリーの負極に活性炭を添加することにより、鉛蓄電池の寿命を大幅に向上させることができます。

鉛カーボンバッテリーは、鉛蓄電池とスーパーキャパシタを組み合わせた新しいタイプのスーパーバッテリーです。スーパーキャパシタの瞬時大容量充電の利点を活かすだけでなく、鉛蓄電池の固有のエネルギー利点も生かし、非常に優れた充放電性能を備えています。90分で完全に充電できます（この方法で鉛蓄電池を充放電すると、その寿命は30倍未満になります）。また、カーボン（グラフェン）の添加により、負極のサルフェーション現象が防止され、従来の電池故障の要因が改善され、電池寿命が延長されます。

鉛カーボン電池は、非対称スーパーキャパシタと鉛蓄電池を内部並列接続の形で組み合わせたものです。新しいタイプのスーパーバッテリーである鉛炭素バッテリーは、鉛蓄電池とスーパーキャパシタの技術を組み合わせたものです。容量特性と電池特性を併せ持つ二機能蓄電池です。そのため、大容量のスーパーキャパシタ瞬時電力充電の利点を最大限に発揮するだけでなく、1時間で満充電が可能な鉛蓄電池のエネルギー利点も最大限に発揮します。充放電性能も良好です。鉛炭素技術の使用により、鉛炭素電池の性能は従来の鉛酸電池よりもはるかに優れており、ハイブリッド電気自動車、電動自転車などの新エネルギー車やその他の分野で使用できます。風力発電やエネルギー貯蔵などの新エネルギー貯蔵分野でも活用可能です。