ＤＯ Ｉ：１０．７５００／ＡＥＰＳ ２０１２１０００３几类面向电网的储能电池介绍蒋凯１，２， 李浩秒１，２， 李威１，２， 程时杰１（１． 强电磁工程与新技术国家重点实验室， 华中科技大学， 湖北省武汉市４３００７４；２． 华中科技大学材料科学与工程学院， 湖北省武汉市４３００７４）摘要： 储能技术在现代电力系统中的作用 日 益凸 显， 储能电池则是大规模储能技术的重要发展方向。 文中就目 前比较成熟的储能电池体系， 包括铅酸电池、 锂离子电池、 液流电池和钠硫电池的发展历史、研发现状， 以及不同电池体系应用到电网储能的优势和存在的问题进行了讨论。 文中重点介绍了钠离子电池和液态金属电池等２ 类新兴的电化学储能技术的研究现状、 技术优势及现存挑战等。 通...

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　　ＤＯ Ｉ：１０．７５００／ＡＥＰＳ ２０１２１０００３几类面向电网的储能电池介绍蒋凯１，２， 李浩秒１，２， 李威１，２， 程时杰１（１． 强电磁工程与新技术国家重点实验室， 华中科技大学， 湖北省武汉市４３００７４；２． 华中科技大学材料科学与工程学院， 湖北省武汉市４３００７４）摘要： 储能技术在现代电力系统中的作用 日 益凸 显， 储能电池则是大规模储能技术的重要发展方向。 文中就目 前比较成熟的储能电池体系， 包括铅酸电池、 锂离子电池、 液流电池和钠硫电池的发展历史、研发现状， 以及不同电池体系应用到电网储能的优势和存在的问题进行了讨论。 文中重点介绍了钠离子电池和液态金属电池等２ 类新兴的电化学储能技术的研究现状、 技术优势及现存挑战等。 通过比较， 认为在进一步提高现有电池性能、降低储能价格的同 时， 亟需发展下一代能满足大规模储能应用的电化学储能新体系。关键词： 电化学储能； 钠离子电池； 液态金属电池； 铅酸电池； 锂离子电池； 液流电池； 钠硫电池收稿日 期：２０１２－１０－０２； 修回日 期：２０１２－ １１－２３。中央高校基本科研业务费 专项资金资助 项目 （２０１２ＱＮ ０３８，２０１２ＴＳ ０６１） 。０引 言电力能源以其清洁、便利等特点， 已成为人类现代生产和生活中不可或缺的重要部分。 目 前全球发电能力约为２０ ＴＷ， 这一数值预计在本世纪中叶将翻一番。 现阶段全球电力 能源仍以火电为主体（占到了６８％， 而中国更高达７５％以上）， 核电和水电为辅［１］。 火力发电产生的废气给环境保护带来了 巨大压力。 加上煤炭、石油 等石化资源的不均衡分布和有限储量， 使得电力能源成本持续攀升， 电力使用的安全保障逐渐下降。近年来， 无论是为了应对能源危机， 还是缓解日益严峻的环境压力， 世界各国 都把目 光投向 进一步开发和利用 可再生能源发电。 ２００６ 年全球风电装机容量７４． ３ ＧＷ， 到２００７ 年达到９４ ＧＷ源理事会（Ｗｏ ｒ ｌｄ Ｅｎ ｅ ｒｇｙ Ｃｏｕｎ ｃ ｉ ｌ）预计到２０２０ 年将达到４７４ ＧＷ。 光伏发电产业在全球范围内 更是以４０％的速度逐年递增， 其中美国预计在２０２０ 年将达到１００ ＧＷ和不连续的特点， 将其并入现有电网 达到 一定的比例时， 这种不稳定因 素可能会对局部电网 造成很大［２］， 世界能［１］。 然而， 风电和光伏发电有着不稳定的冲击， 甚至酿成大规模的恶性事故。 日 前， 国家电力监管 委 员 会发 布 了 《 重 点 区 域风 电 消 纳 监 管 报告》， 指出中国东北、华北、西北（简称“三北”）地区风电发展成效显著， 但部分省（区） 风电消纳情况不佳，弃风情况比较严重， 弃风率约１６％。 “三北”地区弃风电量达１２． ３ ＴＷｈ， 折合火电标准煤耗３．８４×１０６ｔ， 折合ＣＯ２减排量７． ６×１０６ｔ。 因此， 就目 前而言， 风电和光伏发电入网 问题一直是限制其快速发展的瓶颈问题。一般认为， 大规模储能可以有效消纳可再生能源发电， 从而在很大程度上提高风电等入网 效率。同时， 为实现电力 的 削峰填谷、 改善电力 供需矛盾、提高发电设备利用率、发展智能电网， 电力系统自 身也对大规模储能技术提出 了 迫切的需求［３］。 因 此，研究和开发高效、廉价的大规模储能技术， 成为电力能源可持续发展的 关键环节， 也是国 家未来能源战略的重要组成部分。１ 储能技术及其特性大规模储能技术大致可分为机械储能（飞轮储能、抽水蓄能和压缩空气储能）、电能直接存储（超级电容和超导电磁储能）、 化学储能（氢和其他化学物质储能） 和 电 化 学 储 能 （ 二 次电 池 和 液流 电 池） 等４ 类。 各种不同储能方式的储能特性均不相同， 表１比较了几种储能技术的相关参数［４－５］。 其中， 电化学储能具有能量密度高、 响应时间快、 维护成本低、 灵活方便等 优 点， 成 为 目 前 大 规 模 储 能 技 术 的 发 展方向。电化学储能即通过电化学反应完成电能和化学能之间的相 互转换， 从而实 现电 能的 存储和 释放。自 从１８３６ 年丹尼尔电池问世以来， 电池科学得到了迅速的发展。 室温电池如铅酸电池、镍镉电池、镍氢电池、锂离子电池和液流电池， 高温电池如钠硫电池７４第３７ 卷第１ 期２０１３ 年１ 月 １０ 日Ｖ ｏ ｌ．３７Ｎｏ．１Ｊａｎ．１０，２０１３