儲能電池的主要性能指標是比能量、比功率和使用壽命等。要使電池儲能系統(tǒng)比其他儲能系統(tǒng)更具競爭力，關(guān)鍵是開發(fā)出比能量高、比功率大、使用壽命長、成本低、性能更優(yōu)良的蓄電池。常見的化學電池有如下幾種：

　　鉛酸蓄電池已有100多年的歷史，廣泛用作各種儲能電池。也是目前最成熟的儲能化學電池。它是用鉛和二氧化鉛作為負極和正極的活性物質(zhì)，以硫酸作為電解液的電池，其可靠性好、原材料易得、價格便宜。

　　鉛酸電池在新能源發(fā)電尤其是小型風力發(fā)電、獨立光伏發(fā)電系統(tǒng)中占據(jù)較多的份額。但是鉛酸電池也有些缺點：

　　1）不可深度放電，充放電循環(huán)次數(shù)少（在放電深度為80%時的循環(huán)次數(shù)約為2000次，深度放電時次數(shù)將遠低于此值）。鉛酸電池在使用中會出現(xiàn)板柵腐蝕、正極活性物質(zhì)軟化脫落、負極不可逆硫酸鹽化等現(xiàn)象，致使其循環(huán)壽命比較短，在高溫環(huán)境下更為嚴重。

　　3）比能量低。比能量為30～50Wh/kg（理論比能量,即電池單位質(zhì)量或單位體積所具有的有效電能量可達170Wh/kg）。

　　4）制作過程中不可避免的環(huán)境污染和運行數(shù)年之后的報廢電池的無害化處理等。這些問題使其在大容量儲能中的應(yīng)用受到限制。

　　1）鉛酸電池要求進行防過充、過放電控制，目前常用的充放電控制方式有兩種：一是分別設(shè)定充電和放電的終止電壓，二是根據(jù)蓄電池的荷電狀態(tài)(SOC)，通過DSP或單片機控制電池的充放電。

　　kaiyun行業(yè)應(yīng)用

　　2）目前廣泛使用的閥控式鉛酸電池充電方式為恒流-恒壓方式。充電中電壓到達設(shè)定的穩(wěn)壓值之前為恒流充電，到達該值之后為恒壓充電，這種充電方式可以有效避免電池過充，延長電池的使用壽命。

　　鎳鎘電池也是較早出現(xiàn)的一種可充電電池，其應(yīng)用廣泛程度僅次于鉛酸蓄電池。鎳鎘電池是以氫氧化亞鎳為正極，海綿狀鎘粉和氧化鎘粉為負極，氫氧化鈉或氫氧化鉀溶液為電解液的堿性電池。這兩種金屬在電池中發(fā)生可逆反應(yīng)，因此電池可以重新充電。與鉛酸電池相比，鎳鎘電池耐過充、過放電能力強，使用溫度范圍較廣，可在-40℃～+45℃的溫度范圍內(nèi)正常工作。鎳鎘電池其比能量可達55Wh/kg，比功率超過190W/kg，可快速充電，循環(huán)使用壽命較長，但價格為鉛酸蓄電池的4～5倍。鎳鎘電池的優(yōu)點是可靠性高，壽命長，幾乎不需要維修。它的初期購置成本雖高，但由于其在能量和使用壽命方面的優(yōu)勢，因此其長期的實際使用成本并不高。所以這種電池是一個理想的應(yīng)急電源。鎳鎘的優(yōu)點是“結(jié)實”、價格便宜。缺點電池有記憶效應(yīng)，每次充電都須先放電。

　　鎳氫電池是由鎳鎘電池改良而來的，負極以儲氫合金代替鎘。這種電池的電壓和鎳鎘電池完全相同。

　　充電時，正極的Ni(OH)2被氧化成鎳氧化物，負極的金屬物質(zhì)被還原成儲氫合金，放電時電極反應(yīng)與充電時相反。由于鎳氫電池的負極采用了儲氫合金，同等體積時，鎳氫電池比鎳鎘電池的容量增加了近一倍，而且鎳氫電池環(huán)保性好，不含有毒物質(zhì)金屬鎘，不會對環(huán)境造成污染，同時鎳氫電池的記憶效應(yīng)不明顯。

　　目前的鎳氫比能量達75～80Wh/kg，比功率達160～230W/kg，循環(huán)使用壽命超過600次。估計隨著鎳氫蓄電池技術(shù)的發(fā)展，其比能量可超過80Wh/kg，循環(huán)使用壽命可超過2000次，遠景價格可降至150美元/kWh。鎳氫電池具有能量密度高、功率密度高、可快速充放電、循環(huán)壽命長以及無記憶效應(yīng)、無污染、可兔維護、使用安全等特點，被稱為綠色電池由于不含汞及鎘之原料，不必回收處理。

　　2）自放電比較大，達到25-35%/月，遠遠大于其他儲能電池，需定期對其充電且自放電隨溫度升高而明顯增大。

　　3）鎳氫電池耐過充電性能不足，過充電易使正、負極發(fā)生膨脹，造成活性物質(zhì)脫落、隔膜損壞，對電池性能和壽命危害極大。

　　目前，鎳氫電池因與其他堿性電池比有更大的輸出電流而主要作為某些電動汽車的動力電源使用。

　　鈉硫是由熔融液態(tài)電極和固體電解質(zhì)組成的，構(gòu)成其負極的活性物質(zhì)是熔融金屬鈉，正極的活性物質(zhì)是硫和多硫化鈉熔鹽，硫一般是填充在導(dǎo)電的多孔的炭或石墨氈里，鈉硫蓄電池也是近期普遍看好的儲能蓄電池。

　　鈉硫電池具有許多特色之處：一個是比能量高。其理論比能量為760Wh/kg，實際已大于100Wh/kg，是鉛酸電池的3-4倍；另一個是可大電流、高功率放電。其放電電流密度一般可達200-300mA/cm2，并瞬時間可放出其3倍的固有能量；再一個是充放電效率高。由于采用固體電解質(zhì)，所以沒有通常采用液體電解質(zhì)二次電池的那種自放電及副反應(yīng)，充放電電流效率幾乎100%。

　　鈉硫電池也有不足之處，其工作溫度在300-350℃，所以，電池工作時需要一定的加熱保溫。但采用高性能的真空絕熱保溫技術(shù)，可有效地解決這一問題。鈉硫蓄電池主要存在高溫腐蝕嚴重，電池壽命較短，性能穩(wěn)定性及使用安全性不太理想等問題。

　　用活性炭吸附空氣中的氧或純氧作為正極活性物質(zhì)，以鋅為負極，以氯化銨或苛性堿溶液為電解質(zhì)的一種原電池。鋅空氣電池的潛在比能量在200Wh/kg左右。

　　鋅空氣電池體系在原理上具有很高的比能量，理論比能量高達1350MWh/g，實際比能量已達160Wh/kg左右。鋅空氣電池具有原材料便宜易得、放電性能穩(wěn)定等優(yōu)點，其生產(chǎn)和使用過程都沒有環(huán)境污染，是一種綠色電池。缺點是壽命短、比功率小、不能輸出大電流及難以充電等。

　　全釩氧化還原液流電池（VRB）通過不同價態(tài)的釩離子相互轉(zhuǎn)化實現(xiàn)電能的儲存與釋放，是眾多化學電源中唯一使用同種元素組成的電池系統(tǒng)。與傳統(tǒng)的二次電池相比，其電極反應(yīng)過程無相變發(fā)生，可以進行深度充放電，能耐受大電流充放。由于正、負極活性物質(zhì)分開存儲，杜絕存放過程自放電可能性，且電池容量取決于外部活性溶液的多少，調(diào)整容易，各個單體電池的均勻性好，維護相對容易。

　　全釩氧化還原液流電池可通過更換溶液實現(xiàn)電池的“即時充電”，具備快速響應(yīng)和超負荷工作能力；活性溶液可重復(fù)循環(huán)使用，不污染環(huán)境等眾多優(yōu)勢。經(jīng)過優(yōu)化的電池系統(tǒng)能量效率可達75%～85%，充放電循環(huán)次數(shù)可達13000次以上。具有效率高、壽命長、價格便宜等特點。

　　但釩液流電池其較低的能量密度，只有15-40Wh/L，甚至不如鉛酸電池，導(dǎo)致設(shè)備體積重量大。電解液含有較濃的硫酸(2-3mol/L)來提高五價釩的溶解度和水的析氧電位，同時五價釩有一定毒性。

　　鋰離子電池的正極材料通常有鋰的活性化合物組成，負極則是特殊分子結(jié)構(gòu)的碳。具備較好的安全性和可使用的壽命，被列為其電動汽車蓄電池的長期開發(fā)目標。鋰電池的種類繁多，這幾年隨著工業(yè)和材料的發(fā)展，電池循環(huán)壽命也大大延長，成本大大降低。國家科技部在重點研發(fā)計劃“智能電網(wǎng)技術(shù)與裝備”重點專項2016年度項目申報指南《100MWh級電化學儲能技術(shù)（共性關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)）》中明確指出，針對大規(guī)模可再生能源高比例消納對于儲能系統(tǒng)技術(shù)經(jīng)濟性、安全性、能量效率的要求，研究適用于100MWh級應(yīng)用的新型鋰離子電池規(guī)模儲能技術(shù)?？己酥笜艘?，鋰離子電池在充放電速率0.5C以上，充放電深度在80% DOD以上時，循環(huán)壽命大于10000次，服役預(yù)期壽命大于15年，預(yù)期成本低于1500元/kWh。

　　在當今鋰電池市場，受到關(guān)注較多的是磷酸鐵鋰電池、三元鋰電池和鈦酸鋰電池。鈦酸鋰電池循環(huán)壽命最長，倍率性能好，但能量密度最低，價格高出前兩者一倍以上，且只有個別廠商具備生產(chǎn)能力，近年產(chǎn)業(yè)發(fā)展狀況堪憂。

　　磷酸鐵鋰電池、三元鋰電池的生產(chǎn)廠商多，在國內(nèi)的產(chǎn)業(yè)鏈完整，在電動汽車上應(yīng)用較多，近年開始大規(guī)模滲入到電力儲能領(lǐng)域。

　　水系鈉離子電池作為一種新興電池技術(shù)，具有成本低、循環(huán)壽命長、高度安全、環(huán)保等優(yōu)勢，成本下降空間大，極具發(fā)展?jié)摿?。這種電池一般以中性水溶液為電解液，通過堿金屬離子在正負極的可逆脫/嵌（或吸附/脫附），實現(xiàn)充放電循環(huán)。整體而言，水系鈉離子電池采用廉價材料，制造簡單，可長期安全穩(wěn)定運行，能適應(yīng)多種固定式儲能應(yīng)用場景水系鈉離子電池產(chǎn)業(yè)鏈上游主要涉及原材料，包括正極材料、負極原材料、隔膜、電解質(zhì)鹽等，大多數(shù)原材料較為簡單，供應(yīng)充足。電池材料主要是正極、負極、隔膜、集流體，進行疊片、封裝、灌液后得到單體電池。下游主要是電池的集成和應(yīng)用，可應(yīng)用于不同儲能場景，代替鉛酸電池用于備用電源。

　　1）安全穩(wěn)定。水系鈉離子電池以中性水溶液為電解液，無酸堿的污染風險，解決了有機電解液易燃等安全性問題。較低的能量密度和能量型儲能應(yīng)用中較小的放電倍率，運行發(fā)熱小，都提高了水系鈉離子電池的安全性。按照電解質(zhì)酸堿度區(qū)分，水系鈉離子電池的電解液為中性溶液，因此水系鈉離子電池不易燃、不易爆、不易腐蝕，不屬于危險物品。相對于鉛酸、鉛炭等電池，水系鈉離子電池具有綠色、易回收等優(yōu)點，且電池的安全性大幅提升。

　　2）成本下降空間大。材料中不含貴金屬，原料資源豐富，價格低廉，滿足大規(guī)模生產(chǎn)需要。隨著產(chǎn)能逐步擴大，產(chǎn)業(yè)鏈成熟及技術(shù)迭代，循環(huán)壽命提高，水系鈉離子電池的成本有望大幅下降。

　　3）循環(huán)壽命長。水系鈉離子電池有較好的循環(huán)性能，可深度循環(huán)數(shù)千次。水系鈉離子電池的一致性較好，管理簡單，滿充滿放運行時容量衰減小。以賁安能源為例，一代產(chǎn)品在100%DOD下循環(huán)壽命可達3500次，二代產(chǎn)品在實驗室的循環(huán)壽命已經(jīng)達到8000次。

　　4）生產(chǎn)簡單。水系鈉離子電池生產(chǎn)工序相對簡單，對環(huán)境的氧氣、水分、潔凈度等要求較低，設(shè)備要求低，容易實現(xiàn)低成本生產(chǎn)工藝。

　　1）能量密度較低。水的電化學分解電壓窗口在 1.23V左右，為了避免產(chǎn)生水的分解反應(yīng)，水系鈉離子電池的電壓 通常在 1.5V 左右，最高電壓一般不超過 2.0V。因為電壓低于鋰離子電池（可達 3.2-3.7V），水系鈉離子電池的能量密度也低于鋰電池，與鉛炭電池接近。

　　2）電極材料開發(fā)難度大。為了防止水分解而發(fā)生析氫析氧等反應(yīng)，正極材料的脫嵌鈉離子電位要低于水的析氧電位，負極材料的脫嵌鈉離子電位要高于水的析氫電位。因此，許多高電位的嵌鈉正極材料和低電位的嵌鈉負極材料都難以直接應(yīng)用，水系鈉離子電池的電極材料開發(fā)難度較大，需要技術(shù)創(chuàng)新。

　　3）電池體系選擇難度高。與鋰離子半徑（0.076nm）相比，鈉離子半徑（0.102nm）要大很多，在電極的脫嵌反應(yīng)更加困難，活性物質(zhì)的比容量利用率也相對較低。在脫嵌反應(yīng)時，電極材料很可能發(fā)生嚴重的晶格畸變，導(dǎo)致晶體結(jié)構(gòu)遭到破壞，影響電極循環(huán)穩(wěn)定性。此外許多鈉基化合物在水溶液中的溶解度較大，會導(dǎo)致晶體結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定而發(fā)生分解。這些原因都限制了電極材料的應(yīng)用，選擇具有良好性能的水系鈉離子電池電極材料體系難度較高。

　　產(chǎn)業(yè)化方面，2008 年，中科院上海硅酸鹽研究所開始研發(fā)水系鈉離子材料，2013 年完成關(guān)鍵材料和電池原型的開發(fā)后，2015 年開展小規(guī)模生產(chǎn)和示范。賁安能源在 2017 年建成 20MWh 的生產(chǎn)線MWh 生產(chǎn)線，實現(xiàn)規(guī)?；a(chǎn)。

　　kaiyun行業(yè)應(yīng)用

　　在當前產(chǎn)業(yè)化初期階段，小規(guī)模生產(chǎn)的水系鈉離子電池已經(jīng)實現(xiàn)了與鉛炭電池可比的度電儲能成本，可替代部分鉛蓄電池的應(yīng)用。測算不同階段生產(chǎn)成本后，可以發(fā)現(xiàn)水系鈉離子電池成本優(yōu)勢明顯，度電儲能成本可低至0.2元/kWh。未來通過規(guī)?；a(chǎn)和技術(shù)迭代，水系鈉離子電池有望降低生產(chǎn)成本，成為一種有競爭力的大容量、低成本儲能技術(shù)。

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　　在閱讀此文之前，麻煩您點擊一下“關(guān)注”，既方便您進行討論和分享，又能給您帶來不一樣的參與感，感謝您的支持文、編輯小婁2022年12月29日這天，消失在大眾視野許久的央視主持人朱軍在社交平臺上更新了一則內(nèi)容。

　　一個佛系而又硬核的新能源行業(yè)從業(yè)者，光伏、儲能、氫能、電池