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儲能設備需要哪些原材料?

儲能材料,具有儲能特性的材料。

它不僅能儲存能量,還能為供需轉化能量。最常見的儲能材料是儲氫合金和用於壹次電池(即壹次電池,放電後不能回收)和二次電池(即蓄電池,放電後可以再充電和再使用)的材料。

常見的壹次電池有鋅-二氧化錳電池、鋅-氧化汞電池、鋅-氧化銀電池和鋰電池。

常見的二次電池有鉛酸電池、鎳鎘電池、鎳鋅電池和鎳氫復合電池、鈉硫電池、鋰離子電池等。

儲氫合金及其應用

氫是自然界中最大的元素,也是非常清潔的能源。儲氫合金中儲存的氫氣密度遠大於液氫(液氫密度為4.2×1022 ATM/cm3,而LaNi5為6.2×1022 ATM/cm3),釋放氫氣所需的能量很小。

儲氫合金的工作壓力很低,操作簡單,安全可靠。正在開發的儲氫合金體系包括AB5混合稀土合金、AB2 Laves相合金、AB鈦鐵合金、A2B鎂鎳合金和釩基固溶體合金。

當儲氫合金與氣態氫反應時,生成金屬氫化合物,大量氫以固體形式儲存在儲氫合金中。

儲氫合金的吸放氫實際上是金屬氫化物的形成和分解。

儲氫合金的基本特性是可以可逆地吸放大量的氫,借助吸放氫的熱效應,可以選擇性地吸氫,吸放氫平衡壓力隨溫度急劇變化。

儲氫合金可用於鎳氫復合電池、儲氫與提純、氫同位素分離、氫回收、熱泵、制冷等領域。

儲氫合金在儲能方面的應用主要包括以下兩個方面:①鎳-金屬氫化物電池材料。這是壹種以儲氫合金為負極材料的新型二次電池,能量密度比鎳鎘電池高1.5 ~ 2.0倍,而且不存在鎘造成的環境汙染問題。因此,作為鎳鎘電池的替代電池,被廣泛用作各種便攜式電子電器、移動通信、計算機等的電源。在各種儲氫合金中,AB5混合稀土合金具有優異的性價比,被廣泛用作鎳氫電池的負極材料。

②氫燃料儲存材料。氫氣熱值高,容易點燃,燃燒時不產生有害氣體和灰燼。是理想的環保能源之壹。

由於燃料汽車對城市環境的危害,氫燃料汽車的發展備受關註。AB5混合稀土合金是壹種應用廣泛的儲氫材料。為了提高其性能,人們不斷對其化學成分和微觀結構進行優化研究。

鋰電池和鋰離子電池材料

鋰電池作為壹次電池,是以鋰為負極活性物質的化學電池。因為鋰金屬的電極電位最負(?3.03伏),而且鋰的密度很小,鋰電池能量密度高,是高能電池的重要品種。自20世紀70年代以來,各種以金屬鋰為負極的高比能量壹次鋰電池相繼問世並得到廣泛應用。

其中以層狀化合物γ β二氧化錳為正極、鋰為負極、有機電解液的鋰電池應用最為廣泛。是相機、電子表、計算器等電子設備或具有存儲功能的設備的理想電源。此外,還開發了鋰-多氟電池、鋰-二氧化硫電池、鋰-硫化銅電池和鋰-碘電池。鋰離子電池是壹種二次電池,其原理是當電池充電時,鋰離子從正極脫出,通過電解液和隔膜嵌入負極,而當電池放電時,鋰離子從負極脫出,通過電解液和隔膜重新嵌入正極。

由於鋰離子在正負極有固定的空間和位置,電池可逆性好,容量大,循環壽命長,安全性高。鋰離子電池的正極材料包括鋰鈷氧化物(LiCoO2)、鋰鎳氧化物(LiNiO2)和鋰錳氧化物(LiMn2O4)。負極材料為碳材料。導電聚合物作為正極材料的研究也受到了重視。電解液的作用是在電池的正負極之間形成良好的離子傳導通道。

常用的電解質由有機溶劑和鋰鹽組成。

聚合物電解質是目前重要的研發方向,因為它有利於電池的小型化。鋰離子電池自1990問世以來發展迅速。能滿足移動通信和筆記本電腦小型化、輕量化、長工作時間、不汙染環境的要求。鈉硫電池材料這是壹種新型的高溫固體電解質二次電池。其陰極和陽極分別為熔融金屬鈉和硫,電解質為β-氧化鋁。鈉硫電池的工作溫度為300 ~ 350℃,理論比能量很高(790 W/kg),充放電循環壽命長(900次),電池使用的原料豐富,成本低。

這種電池備受關註,目前仍在開發中,以便用作電動汽車的電源。