長時儲能：化學儲能電池推薦，儲能核心原材料

鐵-鉻液流電池儲能技術被稱為儲能時間最長、最安全的電化學儲能技術之一，該技術的電解質溶液為水系溶液，不會發生爆炸，可實現功率和容量按需靈活定制，且具有循環壽命長、穩定性好、易回收、運行溫度范圍廣、成本低廉等優勢，符合我國大規模、長時間儲能需求的新型電力系統。

 

鋁電池以高純度鋁Al（含鋁99.99%）為負極、氧為正極，以氫氧化鉀（KOH）或氫氧化鈉（NaOH）水溶液為電解質。鋁攝取空氣中的氧，在電池放電時產生化學反應，鋁和氧作用轉化為氧化鋁。

 

儲能核心原材料

 

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，放電后不能復原使用）、二次電池（即蓄電池，放電后可重新充電復原反復使用）的材料。

 

常見的一次電池有鋅–二氧化錳電池、鋅–氧化汞電池、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生反應時生成金屬氫化合物，大量的氫以固態形式儲存于儲氫合金中。

 

儲氫合金的吸氫與放氫，實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）氫過程出現放（吸）熱效應，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，且無鎘的污染環境問題。所以，作為鎳–鎘電池的替代電池，已廣泛應用作各種便攜式電子器具、移動通信、計算機等的電源。在各種儲氫合金中，AB5型混合稀土合金具有優良的性能價格比，作為負極材料廣泛應用于鎳–金屬氫化合物電池。

 

②氫燃料儲存器材料。氫的熱值高，易點燃，燃燒時無有害氣體和灰渣產生，是理想的環保能源之一。

 

由于燃油汽車對都市環境造成危害，因而氫燃料汽車的發展備受重視。AB5型混合稀土合金是廣泛應用的儲氫材料，為提高其性能，對其化學組成和組織結構優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，是一種以鋰作為負極活性物質的化學電池。由于金屬鋰的電極電位最負(−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70年代以來，以金屬鋰為負極的各種高比能鋰一次電池相繼問世，獲得了廣泛應用。

 

其中以層狀化合物γ·β二氧化錳作正極，以鋰作負極和以有機電解液構成的鋰電池獲得最廣泛的應用。它是照相機、電子手表、計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鋰離子從正極脫嵌，通過電解質和隔膜，嵌入負極中，反之當電池放電時鋰離子又從負極中脫嵌，通過電解質和隔膜，重新嵌入到正極中。

 

由于鋰離子在正負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。而負極材料為碳材料。作為正極材料的導電聚合物的研究也受到重視。電解質的作用為在電池的正負極間形成良好的離子導電通道。

 

常用的電解質是由有機溶劑和鋰鹽構成的。

 

聚合物電解質是目前很重要的研發方向，因它有利于實現電池的小型化。自1990年鋰離子電池問世以來發展迅猛，它能滿足移動通信、筆記本電腦等對電源小型化、輕量化、工作時間長和對環境無污染的要求。鈉–硫電池材料　這是一種新型高溫固體電解質二次電池，其負極和正極分別為熔融的金屬鈉和硫，其電解質為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/千克），充放電循環壽命長(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，目前仍處于研發中，以期用于電動汽車的動力源等。