電池對電力系統(tǒng)發(fā)展的意義

宋嘉鵬

吉林省電力有限公司培訓中心，吉林長春 130021

0 引言

多年來，人們一直在努力尋找既有較高能源利用率而又不污染環(huán)境的能源利用方式，而對于電池的研究就是人們研究的主要研究方向。電池在軍事和民用上都具有廣闊的應用前景，而電池研究對于電力系統(tǒng)的發(fā)展更就有戰(zhàn)略性的意義，例如現(xiàn)今燃料電池發(fā)電技術(shù)就正受到世界各國的廣泛重視。

電池的種類很多，許多電池種類只占電池總量的千分之幾，而應用廣泛的鉛酸電池、鎳鎘電池、鎳氫電池、鋰離子電池的產(chǎn)值占到總量的98%以上，所以本文選擇產(chǎn)值較高的鋰離子電池以及目前的研究熱點燃料電池作為代表，介紹電池對于電力系統(tǒng)的重要意義。

1 電池對電力系統(tǒng)建設的意義

1.1 鋰離子電池

鋰離子電池采用鋰可嵌入材料取代金屬鋰，消除了由于枝晶生成所造成的安全隱患及循環(huán)差的缺點，保留了鋰電池高電壓的優(yōu)點，因而使鋰離子電池能量密度大、質(zhì)量輕、體積小、循環(huán)壽命長、無記憶效應、加之不使用Ni Cd 環(huán)境效益好，符合現(xiàn)代電池的發(fā)展趨勢[1]。

鋰離子電池開始產(chǎn)業(yè)化起始于20世紀90年代初，在2008年鋰離子電池的應用就遍及了很多的領域，其銷量超過30億只并且全球年銷售額超過500億美元[1，2]。鋰離子電池作為現(xiàn)今電池產(chǎn)業(yè)的研究熱點，其性能的快速發(fā)展令人瞠目結(jié)舌。我們拿18650 型電池為例，在1989年的時候鋰離子電池的比容量只有約600mAh，但是隨著鋰離子電池容量的快速增長，在1999年的時候這種電池的比容量上升到了1 350mAh，在現(xiàn)今18650 型電池的2 600mAh比容量已經(jīng)成為NBPC的主力電池。現(xiàn)今學者對于鋰離子電池的研究主要有材料的改性和添加劑的加入方面，這方面的研究可以促進鋰離子電池安全性的改善，為電池更廣泛的應用打下了基礎。而學者們對于鋰離子電池低溫性能的提高研究，使得鋰離子電池的應用領域擴展到了軍事方面，并帶來軍事裝備水平的提升和戰(zhàn)力的提高[1]。正是由于鋰離子電池的快速發(fā)展以及人們對其的深入研究，使得鋰離子電池對于電力系統(tǒng)發(fā)電技術(shù)的建設和發(fā)展中也具有重要的意義。將鋰離子電池應用到發(fā)電技術(shù)上也是現(xiàn)今各國學者的研究熱點。

1.2 燃料電池

燃料電池是一種把燃料在燃燒過程中釋放的化學能直接轉(zhuǎn)換成電能的裝置。與蓄電池不同之處，是它可以從外部分別向兩個電極區(qū)域連續(xù)地補充燃料和氧化劑而不需要充電。燃料電池把燃燒反應所放出的能量直接轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔埽运哪芰坷寐矢撸⑶胰剂想姵卦O備輕巧，不發(fā)噪音，很少污染可連續(xù)運行[3]。

燃料電池作為一種新型的發(fā)電技術(shù)，其越來越引起人們的重視，這主要取決于燃料電池的發(fā)電特點，燃料電池的特點主要有能量轉(zhuǎn)換效率高，燃料電池由于不受卡諾循環(huán)的限制，可以經(jīng)過電化學反應直接將化學能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔埽虼四芰哭D(zhuǎn)換效率比熱機和發(fā)電機能量轉(zhuǎn)換效率高得多[4]。燃料電池結(jié)構(gòu)簡單易于建設，由于燃料電池具有組裝式結(jié)構(gòu), 不需要很多輔機和設施, 所以電池組內(nèi)部呈現(xiàn)自然的積木化結(jié)構(gòu), 可任意堆積成大功率電站,因而燃料電池電站的設計和制造是相當方便的。燃料電池的燃料來源非常廣泛，并且其污染小噪音低。而燃料電池最主要的優(yōu)點就是其發(fā)電效率受負載變化的影響非常小，正是由于這個優(yōu)點使得燃料電池非常適合作為分散型發(fā)電裝置,這樣就可省去電網(wǎng)線路及配電調(diào)度控制系統(tǒng), 受戰(zhàn)爭和自然災害等的影響比較小[5]。正是由于燃料電池具有這些突出的優(yōu)越性,所以燃料電池越來越受到各個國家的重視，燃料電池被選為21世紀高效清潔的發(fā)電技術(shù)。所以燃料電池的研究和發(fā)展對于現(xiàn)代發(fā)電技術(shù)的建設與發(fā)展具有重要的意義。

燃料電池現(xiàn)今對于發(fā)電技術(shù)的應用主要體現(xiàn)在發(fā)電站和移動電站的建設上。燃料電池可作為固定型電站和分散型電站，兩種發(fā)電站形式。燃料電池可作為小型發(fā)電裝置，同時可以作為醫(yī)院或者住宅等的備用電源[5]。美國對于燃料電池的研究處于領先地位，例如美國煤氣技術(shù)研究所創(chuàng)立的熔融碳酸鹽動力公司已具備年產(chǎn)3MWMCFC的能力, 他們現(xiàn)在正進行電極面積為1 106m2的250kW電廠試驗。燃料電池可作為移動電源，這是由于燃料電池具有噪音低、模塊結(jié)構(gòu)、積木性強等特點，這些優(yōu)點可以用于野外作業(yè)和軍事發(fā)面的應用。現(xiàn)在美國和加拿大開發(fā)了從幾十瓦到千瓦級的質(zhì)子交換膜氫燃料電池類型的便攜式移動電源系列產(chǎn)品[5]。

2 結(jié)論

現(xiàn)今隨著人類能源和生存環(huán)境的問題日益嚴峻，對于發(fā)展高效無污染的能源已經(jīng)成為日益迫切的問題。所以，對于電池的研究越來越引起人們的重視，現(xiàn)今人們對于電池的研究主要是鋰離子電池和燃料電池的研究。而對于這兩種電池的研究對于電力系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)技術(shù)的建設和發(fā)展具有重要的意義。鋰離子電池作為電池產(chǎn)業(yè)的主要組成部分，其是現(xiàn)今電池產(chǎn)業(yè)中發(fā)展最快的部分，每年各國對其的研究都逐年增加。而燃料電池的高效率發(fā)電優(yōu)勢已在煤電多聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)中初步展現(xiàn), 因而燃料電池必然成為人們的重要選擇,積極發(fā)展燃料電池發(fā)電技術(shù)是能源工業(yè)發(fā)展的必然。隨著電池技術(shù)的進一步深化,必將能夠加快我國經(jīng)濟建設與可持續(xù)化發(fā)展的步伐。

[1]楊萍，蘇金然.鋰離子電池技術(shù)與應用發(fā)展[J].電池技術(shù)，2009, 11(33)：1037-1039.

[2]衣寶廉.燃料電池[M].北京：化學工業(yè)出版社，2000.

[3]衣寶廉.燃料電池的現(xiàn)狀與未來[J].電源技術(shù)，1998，22(5)：216-221.

[4]丁常勝，苗鴻雁.新型高效清潔能源—燃料電池[J].陜西科技大學學報，2004，22(5)：183-186.

[5]張勝濤，溫彥.燃料電池發(fā)展及其應用[J].世界科技研究與發(fā)展，2003，25(3)：57-66.