[隆眾聚焦]:電池未來(lái)發(fā)展暢想
目前電池的應(yīng)用主要分兩大類(lèi),一類(lèi)是動(dòng)力電池,主要應(yīng)用于動(dòng)力交通工具,如汽車(chē),包括私家車(chē)、公共交通用車(chē)等等;另一類(lèi)是儲(chǔ)能電池,主要應(yīng)用于各類(lèi)儲(chǔ)能場(chǎng)景,如5G基站的電力儲(chǔ)存、電網(wǎng)的削峰填谷電力儲(chǔ)存等。
按照電池種類(lèi)來(lái)看,目前應(yīng)用最廣、用量最大的為鋰電池,無(wú)論是在動(dòng)力電池還是儲(chǔ)能電池方面,均應(yīng)用鋰電池為主。鋰電池按照生產(chǎn)所用的正極材料分,又可分為三元鋰電池、磷酸鐵鋰電池、鈷酸鋰電池、錳酸鋰電池等。鋰電池中最重要的原料即為鋰資源,從2021年鋰電池產(chǎn)量及用量急劇上漲之后,鋰資源受下游需求帶動(dòng)價(jià)格也水漲船高。
我國(guó)鋰鹽生產(chǎn)主要有三種方式,一種是鹵水生產(chǎn),主要集中于我國(guó)西北一帶,以當(dāng)?shù)氐柠}湖資源為原料,生產(chǎn)受氣候等條件影響,產(chǎn)量有限;另一種是以鋰礦為原料,但目前生產(chǎn)鋰鹽的鋰礦以進(jìn)口為主,成本和生產(chǎn)受限;第三種為回收提鋰,一般用含鋰的廢料或廢舊電池等生產(chǎn),由于含鋰原料較為緊缺,此種工藝鋰鹽產(chǎn)量也有限。
隨著鋰鹽的持續(xù)緊缺和鋰電池成本的不斷上漲,找到一種成本低經(jīng)濟(jì)性好、且性能優(yōu)良的新電池種類(lèi)迫在眉睫,目前除了鋰電池外,氫燃料電池、釩電池、鈉離子電池等是目前研究最多且話(huà)題最火的種類(lèi)。
氫燃料電池相比起傳統(tǒng)石化燃料,其采用的是電化學(xué)反應(yīng),在提供能量的時(shí)候,只會(huì)產(chǎn)生水和熱。相比起其它傳統(tǒng)的電池來(lái)說(shuō),氫燃料電池是一種發(fā)電裝置,傳統(tǒng)的電池只具備了儲(chǔ)存電能的功能。氫燃料電磁像發(fā)電機(jī)一樣,直接把化學(xué)能轉(zhuǎn)換為電能,在便利性上比起傳統(tǒng)電池要好得多。另外氫燃料電池的能量轉(zhuǎn)換率高,普通是有燃燒所產(chǎn)生的的能量轉(zhuǎn)換只有30%多,而氫燃料電池的能量轉(zhuǎn)換率可達(dá)到80%。
氫燃料電池雖然有較大優(yōu)勢(shì),但是也有限制其發(fā)展的諸多確定,一是氫氣的安全性問(wèn)題,二是氫氣的來(lái)源問(wèn)題,地球空氣中含有的氫氣并不是很多,雖然氫氣能夠通過(guò)電解水獲得,耗費(fèi)電能產(chǎn)生氫氣目前并不經(jīng)濟(jì)。第三,氫燃料發(fā)電的過(guò)程中需要鉑金,如果未來(lái)氫燃料電池大規(guī)模應(yīng)用,鉑金肯定是處于短缺的狀態(tài)的。
全釩液流電池,是將具有不同價(jià)態(tài)的釩離子溶液分別作為正極和負(fù)極的活性物質(zhì),分別儲(chǔ)存在各自的電解液儲(chǔ)罐中。在對(duì)電池進(jìn)行充、放電實(shí)驗(yàn)時(shí),電解液通過(guò)泵的作用,由外部貯液罐分別循環(huán)流經(jīng)電池的正極室和負(fù)極室,并在電極表面發(fā)生氧化和還原反應(yīng),實(shí)現(xiàn)對(duì)電池的充放電。
釩電池具有功率大的特點(diǎn),可以過(guò)增加單片電池的數(shù)量和電極面積增加功率;另外通過(guò)增加電解液的體積,還可以增加釩電池的電量;其次釩電池的充放電能量轉(zhuǎn)換效率高達(dá)75%以上,且具有相當(dāng)長(zhǎng)的使用壽命, 加拿大VRBPowerSystems商業(yè)化示范運(yùn)行時(shí)間最長(zhǎng)的釩電池模塊已正常運(yùn)行超過(guò)9年,充放循環(huán)壽命超過(guò)18000次;釩電池還具有超高的反應(yīng)速遞,在運(yùn)行過(guò)程中充放電狀態(tài)切換只需要0.02秒,響應(yīng)速度1毫秒。
釩電池也有一定的確定,釩電池需要較高的維護(hù)成本,且具有較大的使用成本,另外從環(huán)保的角度來(lái)說(shuō),配制電解液用到的原料、正極沉淀以及泄漏的正極液經(jīng)風(fēng)干后形成的薄層都有一樣相同東西,那就是五氧化二釩,它是一種劇毒化學(xué)品。
鈉離子電池從安全上看相比鋰電池具有更高的安全性,自然概率很低;從能量密度來(lái)看,鈉離子能量密度和功率密度比鋰離子電池差。但是從資源上看:鈉在地球上儲(chǔ)量豐富,分布廣泛,但是由于目前鈉離子電池仍需要技術(shù)攻關(guān),且行業(yè)缺少規(guī)模效應(yīng),故目前鈉離子電池的制造成本仍偏高。
總體來(lái)看,短期內(nèi),動(dòng)力電池仍將以鋰電池為主,如果鈉離子電池技術(shù)獲得突破,則儲(chǔ)能電池方面,鋰電池或?qū)⒂胁糠直恢饾u取代。目前已經(jīng)有多家企業(yè)宣布將于2023年投產(chǎn)鈉電池,2023年或?qū)⒊蔀殁c電池的量產(chǎn)元年。
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