?。模希?： １０．７５００ ／ ＡＥＰＳ２０１２１０００３幾類面向電網(wǎng)的儲能電池介紹蔣 凱 １， ２ ，李浩秒 １ ， ２ ，李威 １， ２ ，程時杰 １（１．強電磁工程與新技術(shù)國家重點實驗室，華中科技大學，湖北省武漢市４３００７４ ；２．華中科技大學材料科學與工程學院，湖北省武漢市４３００７４ ）摘要：儲能技術(shù)在現(xiàn)代電力系統(tǒng)中的作用日益凸顯，儲能電池則是大規(guī)模儲能技術(shù)的重要發(fā)展方向。文中就目前比較成熟的儲能電池體系，包括鉛酸電池、鋰離子電池、液流電池和鈉硫電池的發(fā)展歷史、研發(fā)現(xiàn)狀，以及不同電池體系應(yīng)用到電網(wǎng)儲能的優(yōu)勢和存在的問題進行了討論。文中重點介紹了鈉離子電池和液態(tài)金屬電池等２類新興的電化學儲能技術(shù)的研究現(xiàn)狀、技術(shù)優(yōu)勢及現(xiàn)存挑戰(zhàn)等。通過比較，認為...

　?。模希?： １０．７５００ ／ ＡＥＰＳ２０１２１０００３幾類面向電網(wǎng)的儲能電池介紹蔣 凱 １， ２ ，李浩秒 １ ， ２ ，李威 １， ２ ，程時杰 １（１．強電磁工程與新技術(shù)國家重點實驗室，華中科技大學，湖北省武漢市４３００７４ ；２．華中科技大學材料科學與工程學院，湖北省武漢市４３００７４ ）摘要：儲能技術(shù)在現(xiàn)代電力系統(tǒng)中的作用日益凸顯，儲能電池則是大規(guī)模儲能技術(shù)的重要發(fā)展方向。文中就目前比較成熟的儲能電池體系，包括鉛酸電池、鋰離子電池、液流電池和鈉硫電池的發(fā)展歷史、研發(fā)現(xiàn)狀，以及不同電池體系應(yīng)用到電網(wǎng)儲能的優(yōu)勢和存在的問題進行了討論。文中重點介紹了鈉離子電池和液態(tài)金屬電池等２類新興的電化學儲能技術(shù)的研究現(xiàn)狀、技術(shù)優(yōu)勢及現(xiàn)存挑戰(zhàn)等。通過比較，認為在進一步提高現(xiàn)有電池性能、降低儲能價格的同時，亟需發(fā)展下一代能滿足大規(guī)模儲能應(yīng)用的電化學儲能新體系。關(guān)鍵詞：電化學儲能；鈉離子電池；液態(tài)金屬電池；鉛酸電池；鋰離子電池；液流電池；鈉硫電池收稿日期： ２０１２－ １０ － ０２ ；修回日期： ２０１２ － １１ － ２３ 。中央高校基本科研業(yè)務(wù)費專項資金資助項目（２０１２ＱＮ０３８ ，２０１２ＴＳ０６１ ）。０引言電力能源以其清潔、便利等特點，已成為人類現(xiàn)代生產(chǎn)和生活中不可或缺的重要部分。目前全球發(fā)電能力約為２０ＴＷ ，這一數(shù)值預(yù)計在本世紀中葉將翻一番。現(xiàn)階段全球電力能源仍以火電為主體（占到了６８％ ，而中國更高達 ７５％以上），核電和水電為輔［ １ ］ ?；鹆Πl(fā)電產(chǎn)生的廢氣給環(huán)境保護帶來了巨大壓力。加上煤炭、石油等石化資源的不均衡分布和有限儲量，使得電力能源成本持續(xù)攀升，電力使用的安全保障逐漸下降。近年來，無論是為了應(yīng)對能源危機，還是緩解日益嚴峻的環(huán)境壓力，世界各國都把目光投向進一步開發(fā)和利用可再生能源發(fā)電。 ２００６ 年全球風電裝機容量７４．３ＧＷ ，到２００７年達到９４ＧＷ［ ２ ］ ，世界能源理事會（ ＷｏｒｌｄＥｎｅｒｇｙＣｏｕｎｃｉｌ ）預(yù)計到 ２０２０ 年將達到４７４ＧＷ 。光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)在全球范圍內(nèi)更是以４０％ 的速度逐年遞增，其中美國預(yù)計在 ２０２０ 年將達到 １００ＧＷ［ １ ］ 。然而，風電和光伏發(fā)電有著不穩(wěn)定和不連續(xù)的特點，將其并入現(xiàn)有電網(wǎng)達到一定的比例時，這種不穩(wěn)定因素可能會對局部電網(wǎng)造成很大的沖擊，甚至釀成大規(guī)模的惡性事故。日前，國家電力監(jiān)管委員會發(fā)布了《重點區(qū)域風電消納監(jiān)管報告》，指出中國東北、華北、西北（簡稱“三北”）地區(qū)風電發(fā)展成效顯著，但部分?。▍^(qū)）風電消納情況不佳，棄風情況比較嚴重，棄風率約１６％ ?！叭薄钡貐^(qū)棄風電量達 １２．３ＴＷ ｈ ，折合火電標準煤耗３．８４×１０６ ｔ，折合 ＣＯ ２ 減排量７．６×１０６ ｔ。因此，就目前而言，風電和光伏發(fā)電入網(wǎng)問題一直是限制其快速發(fā)展的瓶頸問題。一般認為，大規(guī)模儲能可以有效消納可再生能源發(fā)電，從而在很大程度上提高風電等入網(wǎng)效率。同時，為實現(xiàn)電力的削峰填谷、改善電力供需矛盾、提高發(fā)電設(shè)備利用率、發(fā)展智能電網(wǎng)，電力系統(tǒng)自身也對大規(guī)模儲能技術(shù)提出了迫切的需求［ ３ ］ 。因此，研究和開發(fā)高效、廉價的大規(guī)模儲能技術(shù)，成為電力能源可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，也是國家未來能源戰(zhàn)略的重要組成部分。１儲能技術(shù)及其特性大規(guī)模儲能技術(shù)大致可分為機械儲能（飛輪儲能、抽水蓄能和壓縮空氣儲能）、電能直接存儲（超級電容和超導電磁儲能）、化學儲能（氫和其他化學物質(zhì)儲能）和電化學儲能（二次電池和液流電池）等４ 類。各種不同儲能方式的儲能特性均不相同，表 １比較了幾種儲能技術(shù)的相關(guān)參數(shù)［ ４ － ５ ］ 。其中，電化學儲能具有能量密度高、響應(yīng)時間快、維護成本低、靈活方便等優(yōu)點，成為目前大規(guī)模儲能技術(shù)的發(fā)展方向。電化學儲能即通過電化學反應(yīng)完成電能和化學能之間的相互轉(zhuǎn)換，從而實現(xiàn)電能的存儲和釋放。自從 １８３６ 年丹尼爾電池問世以來，電池科學得到了迅速的發(fā)展。室溫電池如鉛酸電池、鎳鎘電池、鎳氫電池、鋰離子電池和液流電池，高溫電池如鈉硫電池７ ４第３７卷 第１期２０１３年１月１０日Ｖｏｌ．３７ Ｎｏ．１Ｊａｎ．１０ ， ２０１３

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