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?燃料電池、鉛酸電池、堿性電池、固態(tài)鋰電池的優(yōu)缺點(diǎn)綜述

更新日期: 2022-07-28
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電池是國民經(jīng)濟(jì)的基礎(chǔ)產(chǎn)品,可廣泛應(yīng)用在交通運(yùn)輸、通訊、電力、鐵路、國防、計(jì)算機(jī)和科研等各個(gè)領(lǐng)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(tài)鋰電池等。那么燃料電池、鉛酸電池、堿性電池、固態(tài)鋰電池的優(yōu)缺點(diǎn)有哪些?下面賢集網(wǎng)小編對(duì)于這幾類電池的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行綜述。

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燃料電池的優(yōu)缺點(diǎn):

燃料電池(FuelCell)是一種將存在于燃料與氧化劑中的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能的發(fā)電裝置。燃料和空氣分別送進(jìn)燃料電池,電就被奇妙地生產(chǎn)出來。它從外表上看有正負(fù)極和電解質(zhì)等,像一個(gè)蓄電池,但實(shí)質(zhì)上它不能“儲(chǔ)電”而是一個(gè)“發(fā)電廠”。



燃料電池的優(yōu)點(diǎn)



不管是滿負(fù)荷還是部分負(fù)荷均能保持高發(fā)電效率。



不管裝置規(guī)模大小均能保持高發(fā)電效率。



具有很強(qiáng)的過負(fù)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(fā)電出力由電池堆的出力和組數(shù)決定,機(jī)組的容量的自由度大。



電池本體的負(fù)荷響應(yīng)性好,用于電網(wǎng)調(diào)峰優(yōu)于其他發(fā)電方式。



用天然氣和煤氣等為燃料時(shí),NOX及SOX等排出量少,環(huán)境相容性優(yōu)。



負(fù)荷響應(yīng)快,運(yùn)行質(zhì)量高:燃料電池在數(shù)秒鐘內(nèi)就可以從低功率變換到額定功率。



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



安裝地點(diǎn)靈活:燃料電池電站占地面積小,建設(shè)周期短,電站功率可根據(jù)需要由電池堆組裝,十分方便。燃料電池?zé)o論作為集中電站還是分布式電站,或是作為小區(qū)、工廠、大型建筑的獨(dú)立電站都非常合適。



燃料電池的缺點(diǎn)



(一)燃料種類單一:目前,不論是液態(tài)氫、氣態(tài)氫、儲(chǔ)氫金屬儲(chǔ)存的氫,還有碳水化合物經(jīng)過重整后轉(zhuǎn)換的氫是燃料電池的燃料。氫氣的產(chǎn)生、儲(chǔ)存、保管、運(yùn)輸和灌裝或重整,都比較復(fù)雜,對(duì)安全性要求很高。但燃料種類的單一性,可以建立標(biāo)準(zhǔn)化、統(tǒng)一的供給系統(tǒng)。



(二)要求高質(zhì)量的密封:燃料電池的單體電池所能產(chǎn)生的電壓約為1V,不同種類的燃料電池的單體電池所能產(chǎn)生的電壓略有不同。通常將多個(gè)單體電池按使用電壓和電流的要求組合成為燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)組,在組合時(shí),單體電池間的電極連接時(shí),必須要有嚴(yán)格的密封,因?yàn)槊芊獠涣嫉娜剂想姵?,氫氣?huì)泄漏到燃料電池的外面,降低了氫的利用率并嚴(yán)重影響燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)的效率,還會(huì)引起氫氣燃燒事故。由于要求嚴(yán)格的密封,使得燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)的制造工藝很復(fù)雜,并給使用和維護(hù)帶來很多困難。



(三)比功率還要進(jìn)一步提高:內(nèi)燃機(jī)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(jīng)過重整產(chǎn)生的氫為燃料的燃料電池綜合功率密度(包括重整器質(zhì)量)降低到220W/L。為了滿足FCEV動(dòng)力性能的要求,需要進(jìn)一步提高燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)的比功率。



(四)造價(jià)太高:目前質(zhì)子交換膜燃料電池是有發(fā)展前途的燃料電池之一,但質(zhì)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(dá)到0.1~0.2mg/cm3,目前用量要求達(dá)到0.5mg/cm3,距離要求還較遠(yuǎn)。而且鉑(Pt)在反應(yīng)過程中受CO的作用會(huì)"中毒"而失效。鉑(Pt)的使用和鉑(Pt)的失效使質(zhì)子交換膜燃料電池的造價(jià)持高不下。



(五)需要配備輔助電池系統(tǒng):燃料電池可以持續(xù)發(fā)電,但不能充電和回收FCEV再生制動(dòng)的反饋能量。通常在FCEV上還要增加輔助電池,來儲(chǔ)存燃料電池富裕的電能和在FCEV減速時(shí)接受再生制動(dòng)時(shí)的能量。



鉛酸蓄電池是工業(yè)化早的二次電池,自1859年發(fā)明至今已經(jīng)有150多年的歷史,但是該產(chǎn)業(yè)的發(fā)展仍然方興未艾。鉛酸蓄電池價(jià)格較低,具有技術(shù)成熟、高低溫性能優(yōu)異、穩(wěn)定可靠、安全性高、資源再利用性好等比較優(yōu)勢(shì),市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)明顯。



鉛酸蓄電池的優(yōu)點(diǎn)/優(yōu)勢(shì)



①性能比較優(yōu)勢(shì):目前,大規(guī)模產(chǎn)業(yè)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(chǎng)上應(yīng)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(yōu)勢(shì):



A、實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)的時(shí)間長(zhǎng)、技術(shù)成熟的電池,性能穩(wěn)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(shè)計(jì),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(dòng)車(HEV)等高倍率放電應(yīng)用;



D、能浮充電使用,淺充淺放電性能優(yōu)異,適用于不間斷電源(UPS)、新能源儲(chǔ)能、電網(wǎng)削峰填谷等領(lǐng)域;



E、大容量電池技術(shù)成熟,能制成數(shù)千安時(shí)的電池,為大規(guī)模儲(chǔ)能提供了便利。



②成本比較優(yōu)勢(shì):鉛酸蓄電池是廉價(jià)的二次電池,單位能量的價(jià)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(dá)電池總質(zhì)量的60%以上,廢舊電池的殘值較高,回收價(jià)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(yōu)勢(shì):鉛酸蓄電池組成簡(jiǎn)單,再生技術(shù)成熟,回收價(jià)值高,是容易實(shí)現(xiàn)回收和再生利用的電池。再生鉛產(chǎn)量已經(jīng)超過原生鉛產(chǎn)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(dá)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(fù)雜,再生成本高,回收難度大,再生產(chǎn)業(yè)難以實(shí)現(xiàn)市場(chǎng)化運(yùn)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(shù)國家尚未實(shí)現(xiàn)有效回收和再生。



鉛酸蓄電池的缺點(diǎn)



①能量密度偏低:傳統(tǒng)的鉛酸蓄電池質(zhì)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(zhì)量輕、體積小的場(chǎng)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(shù)的鉛酸蓄電池。



②循環(huán)壽命偏短:傳統(tǒng)鉛酸蓄電池循環(huán)壽命較短,理論循環(huán)次數(shù)為鋰離子電池1/3左右。鉛酸蓄電池的循環(huán)壽命提高的空間仍然比較大,特別是新材料、新結(jié)構(gòu)和新技術(shù)的鉛酸蓄電池,如雙極性鉛酸蓄電池、鉛碳電池等。



③產(chǎn)業(yè)鏈存在鉛污染風(fēng)險(xiǎn):鉛是鉛酸蓄電池的主要原材料,鉛占電池質(zhì)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(chǎn)業(yè)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(fēng)險(xiǎn),管理不善會(huì)對(duì)環(huán)境造成污染和對(duì)人體健康產(chǎn)生危害。



堿性電池的優(yōu)缺點(diǎn):



堿性電池是目前市面上普及度很高,容量可達(dá)900mAh,價(jià)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(gè)缺點(diǎn),一是容易漏液。堿性電池使用一年左右,電池內(nèi)部會(huì)流出液體,致使電池槽生銹,損壞設(shè)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(jìn)入冬季后,低氣溫均在0℃以下,智能門鎖極易出現(xiàn)無法正常工作的情況,如開鎖動(dòng)力不足,速度慢,所以需謹(jǐn)慎選擇。



固態(tài)鋰電池的優(yōu)缺點(diǎn):



固態(tài)鋰電池的優(yōu)點(diǎn):



1)安全性好,電解質(zhì)無腐蝕,不可燃,也不存在漏液?jiǎn)栴};



2)高溫穩(wěn)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(tài)電解液,力學(xué)性能好,有效抑制鋰單質(zhì)直徑生長(zhǎng)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(zhì)做負(fù)極;固態(tài)電解質(zhì)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(dān)心電解質(zhì)分解問題;



4)固態(tài)電解質(zhì)支持電芯薄膜化設(shè)計(jì),小可以達(dá)到幾個(gè)納米,拓寬了鋰電池的應(yīng)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(fù)極,薄膜化的正負(fù)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(huì)給電池特性帶來明顯影響。



固態(tài)鋰電池的缺點(diǎn):



1)溫度較低的時(shí)候,內(nèi)阻比較大;



2)材料導(dǎo)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(guī)模制造中的正負(fù)極成膜技術(shù)還在集中火力研究中。



以上就是關(guān)于燃料電池、鉛酸電池、堿性電池、固態(tài)鋰電池的優(yōu)缺點(diǎn)的介紹,這幾種電池各有各的優(yōu)勢(shì)與短板,但是有傳聞鉛酸電池因?yàn)閷?duì)環(huán)境污染大而可能會(huì)被市場(chǎng)淘汰,但就目前而言,其在市場(chǎng)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(chǎn)業(yè)鏈將形成良性的“資源-產(chǎn)品-再生資源”的閉環(huán)結(jié)構(gòu),有望成為資源節(jié)約型的循環(huán)發(fā)展產(chǎn)業(yè)。

來源:賢集網(wǎng)
著作權(quán)歸作者所有。侵刪

 

 

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