【原】【综述】电网侧储能用电池体系的发展与展望

自进入电气时代以来，电能成为最主要的能源利用形式之一，人们对于电能的需求日益增加。然而，对电能的瞬时需求在每天的不同时段和不同季节具有较大的变化。电网侧储能可将电网侧电能转换为可存储的形式，并且在需要时将其转换回电能，有助于平衡发电、分配和使用的供需关系。电网侧储能还可以避免电网侧的过量发电，缓解电网的供电缺口，提高发电设备的利用效率，避免火电机组的频繁启停，减少电网建设投资，为电网系统安全稳定运行提供强有力的保证。与传统的储能技术相比，电池具有易于模块化、响应快速、安装灵活和构建周期短的优点，因而被认为是电网侧的理想储能设备。目前，已经发展了多种电池储能技术，其各个性能均得到了较大提升，如能量密度、比容量、放电性能、功率性能、响应时间、循环寿命、安全性和成本等。由于电网侧储能的特定应用需求（如削峰填谷、调压调频、应急响应），电网侧储能用电池技术应具有快速响应、低成本、长寿命、高功率和能量效率等特点。然而，目前电网侧储能用电池体系的研究还较少，且电池的不同性能之间存在权衡，现有的电池技术仍旧无法完全满足上述所有要求。

 

基于此，天津大学材料学院钟澄教授团队（第一作者范夏月博士生）在《天津大学学报》英文版上发表了题为“Battery Technologies for Grid-Level Large-Scale Electrical Energy-Storage”的综述文章。该综述介绍了电网侧储能的要求，如削峰填谷、电压和频率调节以及应急响应。此外，该综述还详细讨论了几种具有发展前景的电网侧储能用电池技术，包括铅酸电池、镍镉电池、镍氢电池、钠硫电池、锂离子电池以及液流电池，分析了各类电池技术的电池构造设计、工作机理以及应用于电网侧储能方面的优缺点。并且，本文还提出了一些未来可能的研究方向，以促进这一领域的商业化快速发展。

【图文导读】

图1：电网侧储能用电池系统总览图。

（来源：Renew. Sustain. Energy Rev. 2018, 82, 3091–3106）

 

图2：削峰填谷示意图。

（来源：Prog. Nat. Sci. 2009, 19(3), 291–312）

 

图3：铅酸电池示意图。

（来源： J . Solid State Electrochem. 2019, 23(3), 693–705）

   

图4：镍氢电池示意图。

（来源：Mater. Chem. Phys. 2017, 200, 164–178）

 

图5：钠硫电池示意图。

（来源：J. Power Sources 2010, 195(9), 2431–2442） 
 

图6：锂离子电池示意图。

（来源：Renew. Sustain. Energy Rev. 2018, 94, 804–821）

 

图7：液流电池示意图。

（来源：Energy 2006, 31(15), 3446–3457）

 
图8：各种储能技术的放电时间和额定功率的比较示意图。

（来源：Renew. Sustain. Energy Rev. 2018, 94, 804–821）

表1：电池的优缺点对比

（来源：Trans. Tianjin Univ.）

表2：电池的主要性能对比

（来源：Trans. Tianjin Univ.）

文章信息：Xiayue Fan, Bin Liu, Jie Liu, Jia Ding, Xiaopeng Han, Yida Deng, Xiaojun Lv, Ying Xie, Bing Chen, Wenbin Hu, Cheng Zhong. Battery Technologies for Grid-Level Large-Scale Electrical Energy Storage. Trans. Tianjin Univ. (2020). DOI: 10.1007/s12209-019-00231-w。

●美国南佛罗里达大学马胜前教授课题组、天津大学冯亚青教授课题组及合作者：首次成功构建咔咯基共价有机框架材料