目前，儲能項目特別是儲能電池項目在發(fā)電側(cè)、電網(wǎng)側(cè)、用戶側(cè)、微電網(wǎng)、通信儲能、應(yīng)急電源等領(lǐng)域發(fā)展迅速。

 

儲能技術(shù)包括四種主要類型：

● 物理儲能：

抽水蓄能、壓縮空氣儲能、飛輪儲能、海水儲能、超導(dǎo)儲能；

● 化學(xué)儲能：

氫氣和碳儲存；

● 電化學(xué)儲能：

電池儲能、超級電容儲能；

● 儲熱和冷藏

在各種儲能技術(shù)中，電池儲能是發(fā)展最快、最受關(guān)注的儲能技術(shù)方向。本文主要介紹儲能電池的種類及相關(guān)技術(shù)分析。

 

什么是儲能電池

電池是用來儲存電力的。就應(yīng)用而言，它們是儲能電池。因此，所有的鋰電池都是儲能電池。然而，為了區(qū)分應(yīng)用，我們可以將電池分為：

● 消費類電池

● 動力電池

● 儲能電池

消費應(yīng)用在手機、筆記本電腦、數(shù)碼相機等消費品中，而包括動力輪電池在內(nèi)的動力電池實際上是一種儲能電池，主要用于電動汽車。

 

儲能電池的類型

表征儲能電池性能的特征參數(shù)有很多，其中最重要的是電池的功率特性和容量特性。因此，根據(jù)不同儲能應(yīng)用場景對電池功率容量比的不同要求，儲能電池大致可分為三種：

● 容量類型（≤0.5C）

● 能量類型（≈1C）

● 電源類型（≥2C）

比例越高，電池的功率密度越高，但容量密度越低，單位容量的價格也越高。目前，在各類儲能電池中，液流電池和鋰漿電池是典型的大容量電池，鋰離子電池中的鈦酸鋰電池是一種典型的動力電池。

其他類型的電池可以通過改變電池材料和工藝進行一定程度的調(diào)整，以適應(yīng)不同的儲能應(yīng)用場景。

 

 

動力電池與儲能電池的比較

由于車輛體積和重量的限制以及起動和加速的要求，動力電池比普通儲能電池有更高的性能要求，例如：

● 高能量密度

● 電池充電速度快

● 大放電電流

然而，對普通儲能電池的要求并沒有那么高。根據(jù)該標準，容量低于80%的動力電池不能再用于新能源汽車，但只要稍作修改，它們也可以用于儲能系統(tǒng)。

從應(yīng)用場景來看，動力鋰電池主要應(yīng)用于電動汽車、電動自行車等電動工具，儲能鋰電池主要用于調(diào)峰調(diào)頻電力輔助服務(wù)、可再生能源并網(wǎng)、微電網(wǎng)等領(lǐng)域。

 

儲能電池技術(shù)分析

未來，用于功率調(diào)峰儲能的大容量電池和用于功率調(diào)頻儲能的大型功率電池仍需技術(shù)創(chuàng)新和突破。儲能電池的技術(shù)內(nèi)容主要包括六個方面：

● 材料技術(shù)

● 結(jié)構(gòu)技術(shù)

● 制造技術(shù)

● 應(yīng)用技術(shù)

● 維修技術(shù)

● 回收技術(shù)

 

材料技術(shù)

18650電池的核心材料包括陰極材料、陽極材料和電解質(zhì)材料。輔助材料還包括分離器、收集器和電池外殼材料。

在過去的三十年里，鋰離子電池材料的研發(fā)主要集中在提高材料的能量密度、循環(huán)壽命和安全性能，以及開發(fā)低成本的材料制備技術(shù)；液流電池材料的研發(fā)主要集中在電解質(zhì)和隔膜材料的改性上。

盡管材料的進步可以帶來電池性能的顯著提高，但能夠產(chǎn)生實際效果的材料創(chuàng)新過程實際上非常緩慢。因此，盡管電池材料至關(guān)重要，但它們并不是電池技術(shù)研究的全部。

 

 

結(jié)構(gòu)技術(shù)

并不是所有的電池都可以稱為儲能電池。系統(tǒng)功率在1KW以上的可以稱為儲能電池；系統(tǒng)功率≥1MW，用于儲能電站的電池稱為電能蓄電池。儲能電池的結(jié)構(gòu)技術(shù)包括電池單元內(nèi)部結(jié)構(gòu)技術(shù)和外部系統(tǒng)結(jié)構(gòu)技術(shù)。與小型消費電子產(chǎn)品電池不同，儲能電池結(jié)構(gòu)更為復(fù)雜，具有串并聯(lián)系統(tǒng)的要求，具有高功率、大容量的特點。

現(xiàn)有的儲能和動力鋰電池是由手機電池等小型和微型鋰離子電池發(fā)展而來。從內(nèi)部結(jié)構(gòu)來看，所有類型的鋰電池都使用粘性薄膜電極結(jié)構(gòu)，這給儲能鋰電池性能一致性的設(shè)計帶來了根本性的結(jié)構(gòu)問題。此外，當電池被報廢和回收時，只有接合電極可以被壓碎。內(nèi)部破碎的鋁箔、銅箔材料和Co、Li元素需要通過冶金回收，回收成本高，存在酸堿廢液污染處理的風險。

 

制造技術(shù)

儲能電池制造技術(shù)與電池結(jié)構(gòu)設(shè)計密切相關(guān)。儲能電池系統(tǒng)的串并聯(lián)特性要求電池必須具有良好的一致性，因此生產(chǎn)過程的智能控制尤為重要。

如何利用低成本的設(shè)備和技術(shù)制造高性能儲能電池是一個矛盾，也是儲能電池制造技術(shù)發(fā)展的關(guān)鍵問題。現(xiàn)有的鋰離子電池生產(chǎn)工藝是從過去的膠帶生產(chǎn)工藝過渡而來，以滿足電池薄膜涂層電極的精度要求。此外，電池產(chǎn)品型號缺乏標準化，導(dǎo)致電池生產(chǎn)過程中材料利用率低、產(chǎn)品合格率低、設(shè)備運行率低、制造成本高。

 

 

應(yīng)用技術(shù)

儲能電池的應(yīng)用技術(shù)主要指：

● BMS

BMS（電池管理系統(tǒng)）是連接電池主體和應(yīng)用端的紐帶。主要對象是二次電池。目的是提高電池的利用率，防止電池過充電和過放電。

● PCS

PCS（電池儲能系統(tǒng)能量控制裝置）是與儲能電池組相匹配，連接在電池組和電網(wǎng)之間，并將電網(wǎng)能量存儲在電池組中或?qū)㈦姵亟M能量反饋給電網(wǎng)的系統(tǒng)。

● EMS

EMS（Energy Management System，能源管理系統(tǒng)）是現(xiàn)代電網(wǎng)調(diào)度自動化系統(tǒng)的總稱，包括計算機、操作系統(tǒng)和EMS支持系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集和監(jiān)測、發(fā)電自動控制和規(guī)劃以及網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用分析。目前，許多儲能示范項目由儲能電池公司和電網(wǎng)公司直接實施，缺乏責任認定標準和應(yīng)用技術(shù)標準，給后期系統(tǒng)運維和可能的事故認定帶來了困難。

 

維修技術(shù)

儲能電池的維修技術(shù)包括電氣維修技術(shù)和電池系統(tǒng)在線再生技術(shù)。在線再生技術(shù)是新型儲能鋰電池的一個新技術(shù)方向。蓄電池系統(tǒng)電氣維修技術(shù)包括：

● 環(huán)境腐蝕修復(fù)

● 電氣絕緣老化檢測

● 電氣連接檢測

● 溫度和壓力傳感維護

● 電池檢測技術(shù)

從理論上講，除了電池活性顆粒的晶格無序和集流體的腐蝕脫落外，儲能鋰電池的其他界面問題可以通過在線再生來解決。電池使用一段時間后，可以通過原位修復(fù)正負電極材料表面的SEI膜、補充和更換電解液等方式來修復(fù)電池性能，從而延長儲能鋰電池的實際日歷使用壽命。

 

 

回收技術(shù)

任何電池都有使用壽命。目前，我國消費類小電池的使用總量為數(shù)億只，且大多體積較小，廢舊電池的利用價值較低。此外，它們在使用中分散，大部分被當作生活垃圾處理，存在潛在污染。廢棄的儲能電池不能像小型消費電池那樣丟棄在環(huán)境中，必須回收利用。儲能電池的回收技術(shù)包括：

● 廢電池更換技術(shù)

● 安全運輸技術(shù)

● 回收技術(shù)

● 資源復(fù)用技術(shù)

目前，鉛酸蓄電池的回收再生技術(shù)相對成熟，但在不規(guī)范的回收過程中存在污染風險。

鋰電池的回收工藝和技術(shù)尚不成熟，需要結(jié)合材料技術(shù)和結(jié)構(gòu)技術(shù)，開發(fā)出便于回收再生的新能源蓄電池技術(shù)，并在產(chǎn)品設(shè)計上進行創(chuàng)新和改進。

 

總結(jié)

在儲能電池的六大技術(shù)中，電池材料是基礎(chǔ)，重點研究電池新材料非常重要，而技術(shù)工程項目則應(yīng)重點突破其他非材料技術(shù)?；诂F(xiàn)有商業(yè)和示范儲能電站的經(jīng)驗，圍繞低成本、長壽命、高安全、易于回收的總體目標，開發(fā)各種容量的峰谷儲能電池。

動力型調(diào)頻儲能電池和能量型復(fù)合儲能電池與其他類型的儲能技術(shù)合作，支持儲能行業(yè)的快速發(fā)展?！翱稍偕茉?儲能”是新能源發(fā)展的必然選擇，儲能應(yīng)用場景的復(fù)雜性決定了儲能電池技術(shù)的多元化發(fā)展方向。未來，用于功率調(diào)峰儲能的大容量電池和用于功率調(diào)頻儲能的大型功率電池仍需技術(shù)創(chuàng)新和突破。