目前主流儲(chǔ)能技術(shù)有兩種，分別是以磷酸鐵鋰電池為代表的鋰電儲(chǔ)能和技術(shù)最成熟、使用規(guī)模最大、成本最低的抽水蓄能。鈉離子電池、全釩液流電池、氫燃料儲(chǔ)能等新型儲(chǔ)能技術(shù)開始騰飛，并加速商業(yè)布局。本文將從電化學(xué)儲(chǔ)能的定義、組成、類型等方面介紹電化學(xué)儲(chǔ)能。

 

什么是電化學(xué)儲(chǔ)能

電化學(xué)儲(chǔ)能是指利用化學(xué)電池儲(chǔ)存電能并在需要時(shí)釋放電能的儲(chǔ)能技術(shù)和措施。根據(jù)技術(shù)類型，儲(chǔ)能可分為電化學(xué)儲(chǔ)能、機(jī)械儲(chǔ)能、電磁儲(chǔ)能、化學(xué)儲(chǔ)能、熱能儲(chǔ)能等。

其中，電化學(xué)儲(chǔ)能具有能量密度高、技術(shù)成熟度高、使用壽命長(zhǎng)、經(jīng)濟(jì)性長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)，是最具潛力的儲(chǔ)能技術(shù)。目前，電化學(xué)儲(chǔ)能技術(shù)是關(guān)鍵的發(fā)展方向，而鋰離子電池作為最好的可充電電池，是電化學(xué)儲(chǔ)能科技發(fā)展的重點(diǎn)。電化學(xué)儲(chǔ)能技術(shù)的大規(guī)模應(yīng)用需要滿足三個(gè)基本要求：

● 高安全性

● 高性價(jià)比

● 低污染

 

電化學(xué)儲(chǔ)能系統(tǒng)的組成

電化學(xué)儲(chǔ)能系統(tǒng)主要由電池組、電池管理系統(tǒng)（BMS）、能量管理系統(tǒng)（EMS）和儲(chǔ)能逆變器（PCS）組成。

 

 

電池

根據(jù)要求，儲(chǔ)能電池的能量密度大于145Wh/kg，電池組的能量密度高于110Wh/kg。循環(huán)壽命大于5000次，容量保持率大于80%。當(dāng)前的電化學(xué)儲(chǔ)能技術(shù)，特別是鋰電池儲(chǔ)能技術(shù)已經(jīng)進(jìn)入了一個(gè)新的革命周期。

大電池、高壓、水冷/液冷等新產(chǎn)品、新技術(shù)層出不窮。能量存儲(chǔ)系統(tǒng)繼續(xù)向大容量發(fā)展。同時(shí)，鈉離子電池憑借其成本優(yōu)勢(shì)可能在未來(lái)占據(jù)一席之地。從成本來(lái)看，電池組成本占比最大，約占整個(gè)電化學(xué)儲(chǔ)能系統(tǒng)的70%，其次是儲(chǔ)能逆變器和電池管理系統(tǒng)，各占10%左右。

在功能上，電池組通常由多個(gè)并聯(lián)的電池模塊組成，每個(gè)電池模塊由多個(gè)串聯(lián)或并聯(lián)的電芯組成，這是電化學(xué)儲(chǔ)能系統(tǒng)的核心，主要負(fù)責(zé)儲(chǔ)能系統(tǒng)中電能的存儲(chǔ)和釋放。

 

電池管理系統(tǒng)

它主要監(jiān)測(cè)電池組充放電過程中的各種數(shù)據(jù)，如溫度、電流、電壓和充電狀態(tài)（SOC），并在數(shù)據(jù)異常時(shí)發(fā)出報(bào)警信號(hào)，以確保儲(chǔ)能系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

 

能源管理系統(tǒng)

它主要由基本功能和應(yīng)用功能組成?；竟δ苤赣?jì)算機(jī)、操作系統(tǒng)、EMS支持系統(tǒng)等；應(yīng)用功能包括數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)分析、網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控和能源調(diào)度。

 

儲(chǔ)能逆變器

儲(chǔ)能逆變器由DC/AC雙向轉(zhuǎn)換器、控制單元等組成，可以控制電池的充放電，并負(fù)責(zé)交流和直流的轉(zhuǎn)換。目前，電池儲(chǔ)能系統(tǒng)主要采用集中式PCS，多個(gè)電池并聯(lián)會(huì)造成電池組之間的不平衡。

時(shí)間長(zhǎng)了，并聯(lián)電池組中的一些電池的實(shí)際輸出會(huì)不足，而另一部分則會(huì)超過使用率；串PCS可以實(shí)現(xiàn)集群級(jí)管理，提高系統(tǒng)壽命，并提高整個(gè)生命周期的放電能力。大規(guī)模應(yīng)用的趨勢(shì)已經(jīng)得到了體現(xiàn)。

 

 

電化學(xué)儲(chǔ)能技術(shù)有哪些類型

目前，鋰離子電池和鉛酸電池是最成熟的商業(yè)應(yīng)用，而鈉離子電池、鋅離子電池、液流電池等新興電化學(xué)儲(chǔ)能技術(shù)仍處于發(fā)展初期。

 

鋰離子電池

它由正極、負(fù)極、隔板、電解液和電池外殼組成。正極材料直接決定電池的容量，是最關(guān)鍵的材料。根據(jù)正極材料的不同，鋰離子電池主要分為鈷酸鋰電池、錳酸鋰電池，鎳鈷錳三元鋰電池和磷酸鐵鋰電池。

 

鈉離子電池

能量通過堿金屬離子在正極和負(fù)極材料中的嵌入和脫嵌入來(lái)存儲(chǔ)。鈉離子的離子半徑大于鋰離子，相對(duì)原子質(zhì)量更大，理論比容量更低。但其原材料資源豐富，成本僅為鋰的1/70。

由于鈉和鋁金屬在低電位下不會(huì)發(fā)生合金化反應(yīng)，因此也可以使用廉價(jià)輕便的鋁箔作為鈉離子電池的負(fù)極集電體，從而進(jìn)一步降低電池的材料成本，提高能量密度。

 

鋅離子電池

以金屬鋅為負(fù)極的新型二次電池克服了傳統(tǒng)有機(jī)鋰電池和鉛酸電池毒性大、易燃、循環(huán)壽命低、生產(chǎn)成本高等缺點(diǎn)。它可以繼續(xù)提供具有高安全性的穩(wěn)定電源。鋅離子電池的能量密度為250Wh/kg，與鋰離子電池相當(dāng)。

 

 

液流電池

一種新型的大規(guī)模電化學(xué)儲(chǔ)能技術(shù)，可以通過液體活性物質(zhì)的可逆狀態(tài)變化來(lái)儲(chǔ)存和輸出電能。液流電池有很多種，包括鉻鐵液流電池、鋅溴液流電池和全釩液流電池，其中全釩液液流電池最為成熟。

 

金屬空氣電池

一種特殊的燃料電池，通過空氣中金屬和氧氣之間的氧化和還原反應(yīng)產(chǎn)生電能。金屬空氣電池主要有鋰空氣電池、鋁空氣電池、鎂空氣電池等，鋁空氣電池的電解液為水電解液，無(wú)爆炸危險(xiǎn)，安全性能好。

電池放電過程中產(chǎn)生的鋁離子與氫氧根離子結(jié)合形成沉淀，可以回收利用。當(dāng)電池電量耗盡時(shí)，只需更換水電解液和金屬鋁塊即可繼續(xù)使用，省去了長(zhǎng)期充電的麻煩。

 

鉛碳電池

由傳統(tǒng)鉛酸電池改進(jìn)而來(lái)的電容式鉛酸電池具有超電容、高功率、長(zhǎng)周期的優(yōu)點(diǎn)，但通過在泡沫鉛陽(yáng)極中添加具有電容性能的活性炭，也保留了鉛酸電池的高能量密度。

 

電化學(xué)儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)鏈及主要企業(yè)

電化學(xué)儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)鏈與其他產(chǎn)業(yè)一樣，由上游、中游和下游組成。許多儲(chǔ)能電池公司在這一領(lǐng)域做得很好。

 

上游

電化學(xué)儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)鏈上游，主要是各種原材料供應(yīng)商，包括陰極和陽(yáng)極電極材料、電解質(zhì)、電池隔膜、電子元件、特種輔助材料等。

據(jù)統(tǒng)計(jì)，電化學(xué)儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)鏈上游公司主要包括：容百科技、天齊鋰業(yè)、貝特瑞、杉杉、比亞迪、CATL等。

 

 

中游

電化學(xué)儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)鏈的中游主要是儲(chǔ)能系統(tǒng)集成和安裝制造商，包括電池組、電池管理系統(tǒng)（BMS）、能源管理系統(tǒng)（PMS）、儲(chǔ)能逆變器（PCS）、硬件系統(tǒng)、軟件系統(tǒng)和其他電氣設(shè)備。

據(jù)統(tǒng)計(jì)，處于電化學(xué)儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)鏈中間的公司主要包括：CATL、比亞迪、科工電子、協(xié)能、陽(yáng)光電源、南都電源、派能科技、EVE、中科海鈉等。

 

下游

電化學(xué)儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)鏈下游，主要覆蓋發(fā)電側(cè)、電網(wǎng)側(cè)和用戶側(cè)等各種具體應(yīng)用場(chǎng)景，如新能源電站、通信基站、數(shù)據(jù)中心、傳統(tǒng)電站、電網(wǎng)公司、工商業(yè)儲(chǔ)能、家用儲(chǔ)能等。據(jù)統(tǒng)計(jì)，電化學(xué)儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)鏈下游公司主要包括小米、CATL、比亞迪、國(guó)家電網(wǎng)、南方電網(wǎng)等。