DKSESS 100KW OFF-GRID/HYBRIDE ALLES-IN-ÉÉN ZONNE-ENERGIESYSTEEM

Vergelijking van batterijen in energieopslagsysteem
Energieopslag in batterijen is chemische energieopslag. Afhankelijk van het gekozen batterijtype kan deze worden onderverdeeld in loodzuuraccu's, lithiumaccu's, nikkelwaterstofaccu's, vloeistofstroomaccu's (vanadiumaccu's), natriumzwavelaccu's, loodkoolstofaccu's, enz.

1. Loodzuuraccu
Loodzuuraccu's bestaan ​​uit colloïde en vloeibare loodzuuraccu's (de zogenaamde gewone loodzuuraccu's). Deze twee soorten accu's worden in verschillende regio's gebruikt. De colloïde accu is zeer goed bestand tegen kou en de energie-efficiëntie is aanzienlijk beter dan die van de vloeibare accu bij temperaturen lager dan 15 °C. Bovendien zijn de thermische isolatieprestaties uitstekend.

Colloïde loodaccu's zijn een verbetering ten opzichte van de conventionele loodaccu's met vloeibare elektrolyt. De colloïde elektrolyt vervangt zwavelzuur en presteert beter dan conventionele accu's op het gebied van veiligheid, opslagcapaciteit, ontladingsprestaties en levensduur. Colloïdale loodaccu's maken gebruik van gel-elektrolyt, zonder vrije vloeistof. Bij hetzelfde volume heeft de elektrolyt een grote capaciteit, een hoge warmtecapaciteit en een sterk warmteafvoerend vermogen, waardoor thermische runaway, zoals bij conventionele accu's, wordt voorkomen. De corrosie van de elektrodeplaat is zwak vanwege de lage elektrolytconcentratie. De concentratie is uniform en er is geen elektrolytstratificatie.

Een gewone loodaccu is een accu waarvan de elektrode voornamelijk bestaat uit lood en loodoxide, en waarvan de elektrolyt een zwavelzuuroplossing is. In de ontladingstoestand van een loodaccu is looddioxide het hoofdbestanddeel van de positieve elektrode en lood het hoofdbestanddeel van de negatieve elektrode. In de laadtoestand zijn loodsulfaat en loodsulfaat de hoofdbestanddelen van de positieve en negatieve elektroden. De nominale spanning van een loodaccu met één cel is 2,0 V, die kan worden ontladen tot 1,5 V en opgeladen tot 2,4 V. In toepassingen worden vaak zes loodaccu's met één cel in serie gebruikt om een ​​loodaccu met een nominale spanning van 12 V te vormen, evenals 24 V, 36 V, 48 V, enz.

De voordelen zijn voornamelijk: veilige afdichting, luchtafscheidingssysteem, eenvoudig onderhoud, lange levensduur, stabiele kwaliteit, hoge betrouwbaarheid en onderhoudsvrij. Nadeel is dat de loodvervuiling groot is en de energiedichtheid laag (dus te zwaar).

2. Lithiumbatterij
"Lithiumbatterij" is een batterij met lithiummetaal of lithiumlegering als kathodemateriaal en een niet-waterige elektrolytoplossing. Het wordt onderverdeeld in twee categorieën: lithiummetaalbatterijen en lithiumionbatterijen.

Lithium-metaalbatterijen gebruiken over het algemeen mangaandioxide als kathodemateriaal, metaallithium of de legering daarvan als kathodemateriaal en gebruiken een niet-waterige elektrolytoplossing. Lithium-ionbatterijen gebruiken over het algemeen lithiumlegeringsmetaaloxiden als kathodemateriaal, grafiet als kathodemateriaal en niet-waterige elektrolyten. Lithium-ionbatterijen bevatten geen metallisch lithium en kunnen worden opgeladen. De lithiumbatterij die we gebruiken voor energieopslag is een lithium-ionbatterij, ook wel "lithiumbatterij" genoemd.

De lithiumbatterijen die in energieopslagsystemen worden gebruikt, zijn voornamelijk: lithium-ijzerfosfaatbatterijen, ternaire lithiumbatterijen en lithium-mangaanbatterijen. De enkele batterij heeft een hoge spanning, een breed temperatuurbereik, een hoge specifieke energie en efficiëntie, en een lage zelfontlading. De veiligheid en levensduur kunnen worden verbeterd door het gebruik van beschermings- en egalisatiecircuits. Gezien de voor- en nadelen van verschillende batterijen, zijn lithiumbatterijen daarom de eerste keuze geworden voor energieopslagcentrales vanwege hun relatief volwassen industriële keten, veiligheid, betrouwbaarheid en milieuvriendelijkheid.

De belangrijkste voordelen zijn: een lange levensduur, een hoge energiedichtheid bij opslag, een licht gewicht en een grote aanpasbaarheid. Nadelen zijn de slechte veiligheid, het explosiegemak, de hoge kosten en de beperkte gebruiksomstandigheden.

Lithiumijzerfosfaat
Lithium-ijzerfosfaatbatterijen verwijzen naar lithium-ionbatterijen die lithium-ijzerfosfaat als kathodemateriaal gebruiken. De kathodematerialen van lithium-ionbatterijen omvatten voornamelijk lithiumcobalaat, lithiummanganaat, lithiumnikkeloxide, ternaire materialen, lithiumijzerfosfaat, enz. Lithiumcobalaat is het kathodemateriaal dat in de meeste lithium-ionbatterijen wordt gebruikt.

Lithium-ijzerfosfaat is pas de laatste jaren als materiaal voor lithium-ionbatterijen op de markt gekomen. In 2005 werd in China een lithium-ijzerfosfaatbatterij met een grote capaciteit ontwikkeld. De veiligheidsprestaties en de levensduur zijn onvergelijkbaar met die van andere materialen. De levensduur van 1C-laden en -ontladen is 2000 keer zo groot. De overlaadspanning van een enkele batterij is 30 V, waardoor deze niet zal verbranden en niet zal exploderen bij een lek. Lithium-ionbatterijen met een grote capaciteit, gemaakt van lithium-ijzerfosfaat als kathodemateriaal, zijn gemakkelijker in serie te gebruiken om te voldoen aan de behoeften van frequent laden en ontladen van elektrische voertuigen.

Lithium-ijzerfosfaat is niet-giftig, vervuilingsvrij, veilig, een breed geproduceerde grondstof, goedkoop, heeft een lange levensduur en andere voordelen. Het is een ideaal kathodemateriaal voor nieuwe generaties lithium-ionbatterijen. Lithium-ijzerfosfaatbatterijen hebben echter ook nadelen. Zo is de aandrukdichtheid van het kathodemateriaal van lithium-ijzerfosfaat klein en is het volume van lithium-ijzerfosfaatbatterijen met gelijke capaciteit groter dan dat van lithium-ionbatterijen zoals lithiumcobalaat. Het heeft dus geen voordelen in microbatterijen.

Vanwege de inherente eigenschappen van lithiumijzerfosfaat zijn de prestaties bij lage temperaturen slechter dan die van andere kathodematerialen, zoals lithiummangaan. Over het algemeen kunnen de gemeten prestaties bij lage temperaturen van een enkele cel (let op: het betreft hier een enkele cel en geen batterijpakket) iets hoger zijn.

Dit hangt af van de warmteafvoeromstandigheden. De capaciteitsbehoud bedraagt ​​ongeveer 60-70% bij 0 °C, 40-55% bij -10 °C en 20-40% bij -20 °C. Dergelijke prestaties bij lage temperaturen voldoen uiteraard niet aan de gebruiksvereisten van de voeding. Momenteel hebben sommige fabrikanten de prestaties van lithiumijzerfosfaat bij lage temperaturen verbeterd door het elektrolytsysteem te verbeteren, de formule van de positieve elektrode te verbeteren, de materiaalprestaties te verbeteren en het ontwerp van de celstructuur te verbeteren.

Ternaire lithiumbatterij
Een ternaire lithium-polymeerbatterij verwijst naar een lithiumbatterij waarvan het kathodemateriaal lithium-nikkel-kobalt-mangaan (Li (NiCoMn) O2) is. Het ternaire composietkathodemateriaal bestaat uit nikkelzout, kobaltzout en mangaanzout als grondstoffen. De verhouding nikkel, kobalt en mangaan in de ternaire lithium-polymeerbatterij kan worden aangepast aan de werkelijke behoefte. De batterij met ternair materiaal als kathode is veiliger dan een lithium-kobaltbatterij, maar de spanning is te laag.

De belangrijkste voordelen zijn: goede cyclusprestaties; het nadeel is dat het gebruik beperkt is. Door de strengere binnenlandse richtlijnen voor ternaire lithiumbatterijen neemt de ontwikkeling ervan echter af.

Lithium-mangaanbatterij
Lithiummanganaatbatterijen zijn een van de meest veelbelovende lithiumionkathodematerialen. Vergeleken met traditionele kathodematerialen zoals lithiumcobalaat, biedt lithiummanganaat de voordelen van rijke grondstoffen, lage kosten, geen vervuiling, goede veiligheid, goede vermenigvuldigingsprestaties, enz. Het is een ideaal kathodemateriaal voor krachtbatterijen. De slechte cyclusprestaties en elektrochemische stabiliteit beperken de industrialisatie echter aanzienlijk. Lithiummanganaat omvat voornamelijk spinellithiummanganaat en gelaagd lithiummanganaat. Spinellithiummanganaat heeft een stabiele structuur en is gemakkelijk te realiseren voor industriële productie. De huidige marktproducten hebben allemaal deze structuur. Spinellithiummanganaat behoort tot het kubische kristalsysteem, de Fd3m-ruimtegroep, en de theoretische specifieke capaciteit is 148 mAh/g. Dankzij de driedimensionale tunnelstructuur kunnen lithiumionen reversibel worden losgemaakt van het spinelrooster zonder dat de structuur instort, waardoor het uitstekende vergrotingsprestaties en stabiliteit heeft.

3. NiMH-batterij
NiMH-batterijen zijn batterijen met goede prestaties. De positieve actieve stof van een nikkel-waterstofbatterij is Ni(OH)₂ (ook wel NiO-elektrode genoemd), de negatieve actieve stof is metaalhydride, ook wel waterstofopslaglegering genoemd (ook wel waterstofopslagelektrode genoemd), en de elektrolyt is een 6 mol/l kaliumhydroxide-oplossing.

Nikkel-metaalhydridebatterijen worden onderverdeeld in hoogspanningsnikkel-metaalhydridebatterijen en laagspanningsnikkel-metaalhydridebatterijen.

Laagspanningsnikkelmetaalhydridebatterij heeft de volgende kenmerken: (1) De batterijspanning is 1,2~1,3 V, wat gelijk is aan een nikkel-cadmiumbatterij; (2) Hoge energiedichtheid, meer dan 1,5 keer die van een nikkel-cadmiumbatterij; (3) Snel opladen en ontladen, goede prestaties bij lage temperaturen; (4) Afsluitbaar, sterke weerstand tegen overladen en ontladen; (5) Geen dendritische kristalgeneratie, wat kortsluiting in de batterij kan voorkomen; (6) Veilig en betrouwbaar, geen vervuiling van het milieu, geen geheugeneffect, enz.

Hoogspanningsnikkelwaterstofbatterijen hebben de volgende kenmerken: (1) Hoge betrouwbaarheid. Ze hebben een goede bescherming tegen overontlading en overladen, zijn bestand tegen hoge ontladingssnelheden en hebben geen dendrietvorming. Ze hebben goede specifieke eigenschappen. De soortelijke massa is 60 A · h/kg, wat vijf keer zo hoog is als die van nikkel-cadmiumbatterijen. (2) Lange cyclusduur, tot wel duizenden keren. (3) Volledig afgedicht, minder onderhoud. (4) De prestaties bij lage temperaturen zijn uitstekend en de capaciteit verandert niet significant bij -10 °C.

De belangrijkste voordelen van NiMH-batterijen zijn: hoge energiedichtheid, snelle laad- en ontlaadsnelheid, lichtgewicht, lange levensduur en geen milieuvervuiling. Nadelen zijn een licht geheugeneffect, meer beheerproblemen en het feit dat de afzonderlijke batterijscheiders gemakkelijk smelten.

4. Stroomcel
Vloeistofstroombatterijen zijn een nieuw type batterij. Vloeistofstroombatterijen zijn hoogwaardige batterijen die positieve en negatieve elektrolyt gebruiken om de vloeistof te scheiden en afzonderlijk te laten circuleren. Ze hebben een hoge capaciteit, een breed toepassingsgebied (milieu) en een lange cyclusduur. Het is momenteel een nieuw energieproduct.

Vloeistofstroombatterijen worden over het algemeen gebruikt in het systeem van energieopslagcentrales, die bestaan ​​uit een stapeleenheid, een elektrolytoplossing en een opslag- en toevoereenheid voor elektrolytoplossing, een besturings- en beheereenheid, enz. De kern bestaat uit een stapel (de stapel bestaat uit tientallen cellen voor een oxidatie-reductiereactie) en een enkele cel voor het laden en ontladen volgens specifieke vereisten in serie, en de structuur ervan is vergelijkbaar met die van een brandstofcelstapel.

Vanadium-flowbatterijen zijn een nieuw type energieopslagapparatuur. Ze kunnen niet alleen worden gebruikt als ondersteunende energieopslag voor zonne- en windenergieopwekking, maar ook voor piekafvlakking van het elektriciteitsnet om de stabiliteit van het elektriciteitsnet te verbeteren en de veiligheid ervan te waarborgen. De belangrijkste voordelen zijn: een flexibele lay-out, een lange levensduur, snelle responstijden en geen schadelijke emissies. Het nadeel is dat de energiedichtheid sterk varieert.

5. Natriumzwavelbatterij
De natriumzwavelbatterij bestaat uit een positieve pool, een negatieve pool, een elektrolyt, een membraan en een behuizing. In tegenstelling tot gewone secundaire batterijen (loodzuurbatterijen, nikkel-cadmiumbatterijen, enz.) bestaat de natriumzwavelbatterij uit een gesmolten elektrode en een vaste elektrolyt. De werkzame stof van de negatieve pool is gesmolten metaalnatrium, en de werkzame stof van de positieve pool is vloeibare zwavel en gesmolten natriumpolysulfide. De secundaire batterij heeft metaalnatrium als negatieve elektrode, zwavel als positieve elektrode en een keramische buis als elektrolytscheider. Onder een bepaalde werkingsgraad kunnen natriumionen reversibel reageren met zwavel door het elektrolytmembraan om energie vrij te maken en op te slaan.

Als nieuw type chemische energiebron is dit type batterij sinds zijn ontstaan ​​enorm ontwikkeld. De natriumzwavelbatterij is klein van formaat, heeft een grote capaciteit, een lange levensduur en een hoge efficiëntie. Hij wordt veel gebruikt voor de opslag van elektrische energie, zoals piekafvlakking en dalvulling, noodstroomvoorziening en windenergieopwekking.

De belangrijkste voordelen zijn de volgende: 1) De specifieke energie is hoger (d.w.z. de effectieve elektrische energie per eenheid massa of volume van de accu). De theoretische specifieke energie is 760 Wh/kg, wat in werkelijkheid meer dan 150 Wh/kg is, 3-4 keer zoveel als die van een loodzuuraccu. 2) Tegelijkertijd kan de accu ontladen met een hoge stroomsterkte en een hoog vermogen. De ontladingsstroomdichtheid kan over het algemeen 200-300 mA/cm² bereiken en kan in een oogwenk drie keer zoveel energie vrijgeven; 3) Hoge laad- en ontlaadefficiëntie.

De natriumzwavelbatterij heeft ook tekortkomingen. De bedrijfstemperatuur is 300-350 °C, waardoor de batterij tijdens gebruik verwarmd en warm gehouden moet worden. Dit probleem kan echter effectief worden opgelost door gebruik te maken van hoogwaardige vacuümisolatietechnologie.

6. Loodkoolstofbatterij
Loodkoolstofaccu's zijn een soort capacitieve loodzuuraccu's, een technologie die is ontwikkeld op basis van traditionele loodzuuraccu's. Ze kunnen de levensduur van loodzuuraccu's aanzienlijk verlengen door actieve koolstof toe te voegen aan de negatieve pool van de accu.

De lood-koolstofaccu is een nieuw type superaccu, die een loodzuuraccu en een supercondensator combineert: deze accu profiteert niet alleen van de voordelen van het direct opladen met een grote capaciteit van de supercondensator, maar ook van het specifieke energievoordeel van de loodzuuraccu. Bovendien biedt deze accu uitstekende laad- en ontlaadprestaties: hij kan in 90 minuten volledig worden opgeladen (als de loodzuuraccu op deze manier wordt opgeladen en ontladen, gaat hij minder dan 30 keer zo lang mee). Bovendien wordt door de toevoeging van koolstof (grafeen) sulfatering van de negatieve elektrode voorkomen, waardoor het risico op batterijfalen wordt verminderd en de levensduur wordt verlengd.

De loodkoolstofaccu is een combinatie van een asymmetrische supercondensator en een loodzuuraccu in de vorm van een interne parallelschakeling. Als nieuw type superaccu combineert de loodkoolstofaccu de technologieën van een loodzuuraccu en een supercondensator. Het is een energieopslagaccu met dubbele functie, met zowel capacitieve als batterijkenmerken. Daardoor profiteert de accu niet alleen optimaal van de voordelen van het direct opladen van supercondensatoren met een grote capaciteit, maar profiteert hij ook optimaal van de energievoordelen van loodzuuraccu's, die in een uur volledig kunnen worden opgeladen. De accu heeft goede laad- en ontlaadprestaties. Dankzij de loodkoolstoftechnologie zijn de prestaties van de loodkoolstofaccu veel beter dan die van traditionele loodzuuraccu's, die kunnen worden gebruikt in nieuwe energievoertuigen, zoals hybride elektrische voertuigen, elektrische fietsen en andere gebieden. De accu kan ook worden gebruikt voor nieuwe energieopslag, zoals windenergieopwekking en energieopslag.