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鋰離子電池將成為電網儲能市場擴大的原動力

鉅大鋰電  |  點擊量:0  |  2018年09月11日  

美國調查公司NavigantResearch于2014年9月18日發表的調查結果稱,電網用能源儲存相關市場規模到2024年將達到156億美元/年。

因以光伏發電為代表的更多可再生能源并入電網,市場將日益擴大。

該公司所調查的市場不僅為能源儲存系統,還包括相關服務。預計2014年的市場規模為6.75億美元,到2024年將擴大到23倍以上。

由調查結果可以設想,蓄電池企業等將會把業務中心移向諸如能源儲存系統的應用服務等供應鏈下游領域。

為電網導入能源儲存系統,對于抑制可再生能源導致的輸出功率變動是非常重要的。由于能源儲存系統的性能及供給能力在逐步達到電力運營商要求的水準,因此采用正在迅速擴大。據稱,其中鋰離子電池將成為市場擴大的原動力。

NavigantResearch分析認為,與提供電力轉換系統等核心技術相比,處于供應鏈最下游的相關服務領域存在更多的附加值。

蓄電池及電力轉換系統等相關系統企業,盡管也開展著這種相關服務,但要想取得成功,尚需解決多企業合作以及確立資金籌措模式等課題。

截至2014年8月,全球儲能項目容量合計183.54GW,其中抽水蓄能項目容量176.93GW,占比96.4%,熱儲能項目容量3.34GW,占比1.8%,鋰電池儲能項目容量490MW,占比0.3%,其余占比1.5%。從儲能技術的發展歷史來看,隨著現代社會電氣化程度的不斷提高,市場對于能量儲存的需求重點已經由熱能儲存轉向電能儲存,使用的技術路線主要包括抽水蓄能、物理儲能(主要是飛輪儲能、壓縮空氣儲能)、化學儲能(主要是電池儲能)。衡量一種儲能技術是否具有商業化應用的潛力,主要需考察的參數包括:功率和能量密度、充放電效率(損耗)、規模化能力、響應時間、循環壽命、成本。

在目前所使用的主流電能儲存技術中,電池儲能憑借較高的功率和能量密度、模塊化部署能力、未來進一步降低成本的較大潛力,可適用的應用范圍最廣,已逐漸成為最主流的儲能技術路線。

而在電池儲能的細分技術路線中,與鋰電池已基本確立電動汽車領域的主流地位不同,新型鉛酸電池(主要指鉛碳電池)、鋰電池、液流電池均有機會占據一席之地。鉛碳電池,由于在傳統鉛酸電池的負極板中加入了活性炭,可阻止硫酸鹽化,令電池壽命和充電接受能力大幅提高,設計壽命長達15年且幾乎無需維護,盡管單位購置成本較傳統鉛酸電池高50%~100%,但使用壽命則可長達4-6倍。

鋰電池儲能技術知識科普

在化學電池中,化學能直接轉變為電能是靠電池內部自發進行氧化、還原等化學反應的結果,這種反應分別在兩個電極上進行。負極活性物質由電位較負并在電解質中穩定的還原劑組成,如鋅、鎘、鉛等活潑金屬和氫或碳氫化合物等。

正極活性物質由電位較正并在電解質中穩定的氧化劑組成,如二氧化錳、二氧化鉛、氧化鎳等金屬氧化物,氧或空氣,鹵素及其鹽類,含氧酸及其鹽類等。電解質則是具有良好離子導電性的材料,如酸、堿、鹽的水溶液,有機或無機非水溶液、熔融鹽或固體電解質等。當外電路斷開時,兩極之間雖然有電位差(開路電壓),但沒有電流,存儲在電池中的化學能并不轉換為電能。當外電路閉合時,在兩電極電位差的作用下即有電流流過外電路。同時在電池內部,由于電解質中不存在自由電子,電荷的傳遞必然伴隨兩極活性物質與電解質界面的氧化或還原反應,以及反應物和反應產物的物質遷移。電荷在電解質中的傳遞也要由離子的遷移來完成。

因此,電池內部正常的電荷傳遞和物質傳遞過程是保證正常輸出電能的必要條件。充電時,電池內部的傳電和傳質過程的方向恰與放電相反;電極反應必須是可逆的,才能保證反方向傳質與傳電過程的正常進行。因此,電極反應可逆是構成蓄電池的必要條件。為吉布斯反應自由能增量(焦);F為法拉第常數=96500庫=26.8安·小時;n為電池反應的當量數。這是電池電動勢與電池反應之間的基本熱力學關系式,也是計算電池能量轉換效率的基本熱力學方程式。實際上,當電流流過電極時,電極電勢都要偏離熱力學平衡的電極電勢,這種現象稱為極化。

電流密度(單位電極面積上通過的電流)越大,極化越嚴重。極化現象是造成電池能量損失的重要原因之一。極化的原因有三:①由電池中各部分電阻造成的極化稱為歐姆極化;②由電極-電解質界面層中電荷傳遞過程的阻滯造成的極化稱為活化極化;③由電極-電解質界面層中傳質過程遲緩而造成的極化稱為濃差極化。減小極化的方法是增大電極反應面積、減小電流密度、提高反應溫度以及改善電極表面的催化活性。

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