针对电网储能中几种储能电池化学成分的评估

近日，天津大学的研究人员根据电网储能需要的参数，对一些最常用的电池化学物质进行了排名。

电池中，不同的化学成分具有不同的优势和劣势，这使它们或多或少适合某种应用，这就是为什么某些行业更喜欢某种电池类型而非另一种。比如，燃油汽车的启动电池通常是铅酸电池，而笔记本电脑、手机等电子产品的电池一般都是锂离子电池。

天津大学的研究小组评估电池性能的标准化方法是 “粗糙集理论”的数学方法，对从现有文献中提取的不同电池化学成分的难以比较的数据进行评分。

研究小组通过检查铅酸电池、锂离子电池、锌空气电池、镍/金属氢电池和钠硫电池，评估出它们在往返效率、比能量和容量、工作电压、循环寿命、自放电性能、成本、环境影响和安全性方面的性能。

根据研究结果，锌空气电池在电网储能中处于领先地位。锌空气电池具有相对较高的比能量和容量，这种电池的化学成分以锌电极和空气中的游离氧燃料为基础，所以在成本、安全性和生态友好性方面也获得了很高的评分。

尽管存在这些优势，锌空气电池至今仍无法得到广泛的商业推广，因为与电极和电解质有关的问题尚未解决。例如，空气阴极由于四电子氧还原反应。反应动力学缓慢，导致了放电电压低、充电电压高、能量效率低。研究小组还发现，在锌空气装置中使用碱性电解质会导致钝化和树突生长，明显缩短电池寿命，而充放电循环过程中的碳化和水分损失则是锌空气电池的又一大问题。

锂离子电池在电网储能容量中排名第二。这类电池已经广泛应用于工业中，因其工作电压高、效率高、周期寿命长而备受青睐。然而，对原材料的来源、成本和安全的担忧，是锂离子电池目前的不利影响因素。研究小组指出，锂离子电池要大规模应用于固定储能，就需要对电池进行优化管理，并制定复杂的回收路线。

排名第三的是Ni-MHs(镍/金属氢装置) 。研究小组称，Ni-MHs(镍/金属氢装置)因其相对较高的能量密度、较高的比容量、较长的循环寿命和对环境的友好性，在电网应用中显示出了强大的潜力。然而，高成本和低能源效率影响了这项技术的扩大，并且这种设备可能会出现问题，尤其是在较低的温度下。

与此同时，传统的铅酸电池在循环耐用性和能源效率方面展现出一系列的优势。不利的方面是，铅本身对人类健康 以及环境都有害，而且铅酸装置在特定的能量、容量和工作电压指标方面表现不佳。

钠-硫电池在大规模储能上也具有可取性。研究人员表示，这种设备已经应用在小型储能方面，在高效率、工作电压和循环寿命方面表现出良好的性能，缺点是在大规模储能中需要较高的操作温度，因此在安全方面有一定隐患，需要加以管理。

尽管如今已经有大量的电池技术问世，但要制造出低成本、高性能、高能量密度、运行安全和循环稳定性的电池仍然是很大的难关，对高性能和新型电池系统的持续且深入的研究很有必要。目前，能量密度相对较高但成本较低的高性能钾离子电池也在研究之中。