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    ?燃料電池、鉛酸電池、堿性電池、固態鋰電池的優缺點綜述

    發布日期: 2021-10-08
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    電池是國民經濟的基礎產品,可廣泛應用在交通運輸、通訊、電力、鐵路、國防、計算機和科研等各個領域。目前市面上主流電池有燃料電池、鉛酸電池、堿性電池、固態鋰電池等。那么燃料電池、鉛酸電池、堿性電池、固態鋰電池的優缺點有哪些?下面賢集網小編對于這幾類電池的優缺點進行綜述。

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    燃料電池的優缺點:

    燃料電池(FuelCell)是一種將存在于燃料與氧化劑中的化學能直接轉化為電能的發電裝置。燃料和空氣分別送進燃料電池,電就被奇妙地生產出來。它從外表上看有正負極和電解質等,像一個蓄電池,但實質上它不能“儲電”而是一個“發電廠”。



    燃料電池的優點



    不管是滿負荷還是部分負荷均能保持高發電效率。



    不管裝置規模大小均能保持高發電效率。



    具有很強的過負載能力。



    通過與燃料供給裝置組合的可以適用的燃料廣泛。



    發電出力由電池堆的出力和組數決定,機組的容量的自由度大。



    電池本體的負荷響應性好,用于電網調峰優于其他發電方式。



    用天然氣和煤氣等為燃料時,NOX及SOX等排出量少,環境相容性優。



    負荷響應快,運行質量高:燃料電池在數秒鐘內就可以從低功率變換到額定功率。



    能量轉化效率高:它直接將燃料的化學能轉化為電能,中間不經過燃燒過程,因而不受卡諾循環的限制。燃料電池系統的燃料—電能轉換效率在45%~60%,而火力發電和核電的效率大約在30%~40%。



    安裝地點靈活:燃料電池電站占地面積小,建設周期短,電站功率可根據需要由電池堆組裝,十分方便。燃料電池無論作為集中電站還是分布式電站,或是作為小區、工廠、大型建筑的獨立電站都非常合適。



    燃料電池的缺點



    (一)燃料種類單一:目前,不論是液態氫、氣態氫、儲氫金屬儲存的氫,還有碳水化合物經過重整后轉換的氫是燃料電池的燃料。氫氣的產生、儲存、保管、運輸和灌裝或重整,都比較復雜,對安全性要求很高。但燃料種類的單一性,可以建立標準化、統一的供給系統。



    (二)要求高質量的密封:燃料電池的單體電池所能產生的電壓約為1V,不同種類的燃料電池的單體電池所能產生的電壓略有不同。通常將多個單體電池按使用電壓和電流的要求組合成為燃料電池發動機組,在組合時,單體電池間的電極連接時,必須要有嚴格的密封,因為密封不良的燃料電池,氫氣會泄漏到燃料電池的外面,降低了氫的利用率并嚴重影響燃料電池發動機的效率,還會引起氫氣燃燒事故。由于要求嚴格的密封,使得燃料電池發動機的制造工藝很復雜,并給使用和維護帶來很多困難。



    (三)比功率還要進一步提高:內燃機的比功率約為300W/kg,以氫為燃料的燃料電池比功率約為300~350W/kg,功率密度為280W/L。甲醇經過重整產生的氫為燃料的燃料電池綜合功率密度(包括重整器質量)降低到220W/L。為了滿足FCEV動力性能的要求,需要進一步提高燃料電池發動機的比功率。



    (四)造價太高:目前質子交換膜燃料電池是有發展前途的燃料電池之一,但質子交換膜燃料電池需要用貴金屬鉑(Pt)作為催化劑,其使用量要求達到0.1~0.2mg/cm3,目前用量要求達到0.5mg/cm3,距離要求還較遠。而且鉑(Pt)在反應過程中受CO的作用會"中毒"而失效。鉑(Pt)的使用和鉑(Pt)的失效使質子交換膜燃料電池的造價持高不下。



    (五)需要配備輔助電池系統:燃料電池可以持續發電,但不能充電和回收FCEV再生制動的反饋能量。通常在FCEV上還要增加輔助電池,來儲存燃料電池富裕的電能和在FCEV減速時接受再生制動時的能量。



    鉛酸蓄電池是工業化早的二次電池,自1859年發明至今已經有150多年的歷史,但是該產業的發展仍然方興未艾。鉛酸蓄電池價格較低,具有技術成熟、高低溫性能優異、穩定可靠、安全性高、資源再利用性好等比較優勢,市場競爭優勢明顯。



    鉛酸蓄電池的優點/優勢



    ①性能比較優勢:目前,大規模產業化的二次電池主要有鉛酸蓄電池、鎘鎳電池、氫鎳電池和鋰離子電池。鎘鎳電池含有ju毒元素鎘,已逐步被其他電池所替代。目前,市場上應用廣泛的電池為鉛酸蓄電池、鋰離子電池和氫鎳電池。

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    相較于其他二次電池,鉛酸蓄電池主要有以下性能比較優勢:



    A、實現工業化生產的時間長、技術成熟的電池,性能穩定、可靠,適用性好;



    B、采用稀硫酸作電解液,無可燃性,電池采用常壓或低壓設計,安全性好;



    C、工作電壓較高、工作溫度范圍較寬,適用于混合電動車(HEV)等高倍率放電應用;



    D、能浮充電使用,淺充淺放電性能優異,適用于不間斷電源(UPS)、新能源儲能、電網削峰填谷等領域;



    E、大容量電池技術成熟,能制成數千安時的電池,為大規模儲能提供了便利。



    ②成本比較優勢:鉛酸蓄電池是廉價的二次電池,單位能量的價格是鋰離子電池或氫鎳電池的1/3左右。此外,鉛酸蓄電池的主要成分為鉛和鉛的化合物,鉛含量高達電池總質量的60%以上,廢舊電池的殘值較高,回收價格超過新電池的30%,因此鉛酸蓄電池的綜合成本更低。



    ③再生利用比較優勢:鉛酸蓄電池組成簡單,再生技術成熟,回收價值高,是容易實現回收和再生利用的電池。再生鉛產量已經超過原生鉛產量,美國廢鉛酸蓄電池鉛的再利用率已超過98.5%,我國廢鉛酸蓄電池的再利用率也達到90%以上。鎘鎳電池、氫鎳電池、鋰離子電池多為小型電池,且組成復雜,再生成本高,回收難度大,再生產業難以實現市場化運營。目前,前述電池平均回收比例不足20%,特別是鋰離子電池,多數國家尚未實現有效回收和再生。



    鉛酸蓄電池的缺點



    ①能量密度偏低:傳統的鉛酸蓄電池質量和體積能量密度偏低,能量密度只有為鋰離子電池的1/3左右,氫鎳電池的1/2左右,并且體積較大,不適宜在質量輕、體積小的場合使用。未來,鉛酸蓄電池能量密度仍有較大的提高空間,尤其是泡沫碳等采用新材料、新技術的鉛酸蓄電池。



    ②循環壽命偏短:傳統鉛酸蓄電池循環壽命較短,理論循環次數為鋰離子電池1/3左右。鉛酸蓄電池的循環壽命提高的空間仍然比較大,特別是新材料、新結構和新技術的鉛酸蓄電池,如雙極性鉛酸蓄電池、鉛碳電池等。



    ③產業鏈存在鉛污染風險:鉛是鉛酸蓄電池的主要原材料,鉛占電池質量的60%以上,鉛酸蓄電池的用鉛量占總用鉛量的80%以上。鉛為重金屬,鉛酸蓄電池制造產業鏈(包括原生鉛冶煉、電池制造、電池回收、再生鉛冶煉)存在較高的鉛污染風險,管理不善會對環境造成污染和對人體健康產生危害。



    堿性電池的優缺點:



    堿性電池是目前市面上普及度很高,容量可達900mAh,價格也比較適中,這讓堿性電池看起來似乎是智能門鎖電池的不er之選。

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    但堿性電池有兩個缺點,一是容易漏液。堿性電池使用一年左右,電池內部會流出液體,致使電池槽生銹,損壞設備。二是電池低溫性能較差,零下10°C只能放出常溫下15%左右電量。北方進入冬季后,低氣溫均在0℃以下,智能門鎖極易出現無法正常工作的情況,如開鎖動力不足,速度慢,所以需謹慎選擇。



    固態鋰電池的優缺點:



    固態鋰電池的優點:



    1)安全性好,電解質無腐蝕,不可燃,也不存在漏液問題;



    2)高溫穩定性好,可以在60℃-120℃之間工作;



    3)有望獲得更高的能量密度。固態電解液,力學性能好,有效抑制鋰單質直徑生長造



    成的短路問題,使得可以選用理論容量更高的電極材料,比如鋰單質做負極;固態電解質的電壓窗口更寬,可以使用電位更高的材料做正極而不惜擔心電解質分解問題;



    4)固態電解質支持電芯薄膜化設計,小可以達到幾個納米,拓寬了鋰電池的應用范圍,并且使得電池自帶柔性成為可能。



    5)可以選用電阻較大、充放電過程體積變化比較大的材料做正負極,薄膜化的正負極材料,只要成膜性能好,即使材料電阻偏大,只要足夠薄以后,依然不會給電池特性帶來明顯影響。



    固態鋰電池的缺點:



    1)溫度較低的時候,內阻比較大;



    2)材料導電率不高,功率密度提升困難;



    3)制造大容量單體困難;



    4)大規模制造中的正負極成膜技術還在集中火力研究中。



    以上就是關于燃料電池、鉛酸電池、堿性電池、固態鋰電池的優缺點的介紹,這幾種電池各有各的優勢與短板,但是有傳聞鉛酸電池因為對環境污染大而可能會被市場淘汰,但就目前而言,其在市場占比仍高于鋰電池。而且隨著鉛酸蓄電池回收體系的建立和完善,鉛酸蓄電池產業鏈將形成良性的“資源-產品-再生資源”的閉環結構,有望成為資源節約型的循環發展產業。

    來源:賢集網
    著作權歸作者所有。侵刪

     

     

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