Was sind die Vorteile einer Energiespeicherbatterie?

Technischer Weg der chinesischen Energiespeicherindustrie – Elektrochemische Energiespeicherung: Die derzeit gängigen Kathodenmaterialien für Lithiumbatterien sind hauptsächlich Lithiumkobaltoxid (LCO), Lithiummanganoxid (LMO), Lithiumeisenphosphat (LFP) und ternäre Materialien. Lithiumkobaltat ist das erste kommerziell erhältliche Kathodenmaterial mit hoher Spannung, hoher Klopfdichte, stabiler Struktur und guter Sicherheit, aber auch hohen Kosten und geringer Kapazität. Lithiummanganat ist kostengünstig und hat eine hohe Spannung, aber seine Zyklusleistung ist schlecht und seine Kapazität ist ebenfalls gering. Kapazität und Kosten der ternären Materialien variieren je nach Gehalt an Nickel, Kobalt und Mangan (zusätzlich zu NCA). Die Gesamtenergiedichte ist höher als die von Lithiumeisenphosphat und Lithiumkobaltat. Lithiumeisenphosphat ist kostengünstig, hat eine gute Zyklusleistung und gute Sicherheit, aber seine Spannungsplattform ist niedrig und seine Verdichtungsdichte ist gering, was zu einer geringen Gesamtenergiedichte führt. Derzeit wird der Energiesektor von ternären Materialien und Lithiumeisen dominiert, während der Verbrauchssektor eher von Lithiumkobalt dominiert wird. Negative Elektrodenmaterialien lassen sich in Kohlenstoffmaterialien und Nicht-Kohlenstoffmaterialien unterteilen: Zu den Kohlenstoffmaterialien gehören künstlicher Graphit, natürlicher Graphit, mesophasische Kohlenstoffmikrokugeln, weicher Kohlenstoff, harter Kohlenstoff usw.; Nicht-Kohlenstoffmaterialien umfassen Lithiumtitanat, siliziumbasierte Materialien, zinnbasierte Materialien usw. Naturgraphit und künstlicher Graphit werden derzeit am häufigsten verwendet. Obwohl natürlicher Graphit Vorteile hinsichtlich Kosten und spezifischer Kapazität bietet, ist seine Zyklenlebensdauer gering und seine Konsistenz schlecht. Künstlicher Graphit hingegen hat relativ ausgewogene Eigenschaften mit ausgezeichneter Zirkulationsleistung und guter Elektrolytverträglichkeit. Künstlicher Graphit wird hauptsächlich für Fahrzeugbatterien mit hoher Kapazität und hochwertige Lithiumbatterien für Verbraucher verwendet, während natürlicher Graphit hauptsächlich für kleine Lithiumbatterien und Lithiumbatterien für allgemeine Verbraucher verwendet wird. Die siliziumbasierten Materialien in Nicht-Kohlenstoffmaterialien befinden sich noch in der kontinuierlichen Forschung und Entwicklung. Lithiumbatterieseparatoren lassen sich je nach Herstellungsverfahren in Trocken- und Nassseparatoren unterteilen, wobei die Nassmembranbeschichtung im Nassseparator der Haupttrend sein wird. Nass- und Trockenverfahren haben ihre eigenen Vor- und Nachteile. Das Nassverfahren weist eine kleine und gleichmäßige Porengröße und einen dünneren Film auf, erfordert jedoch hohe Investitionen, ist komplex und verursacht eine starke Umweltverschmutzung. Das Trockenverfahren ist relativ einfach, bietet eine hohe Wertschöpfung und ist umweltfreundlich, aber Porengröße und Porosität sind schwer zu kontrollieren und das Produkt lässt sich nur schwer verdünnen.

Der technische Weg der chinesischen Energiespeicherindustrie – elektrochemische Energiespeicherung: Blei-Säure-Batterien (VRLA) sind Batterien, deren Elektroden hauptsächlich aus Blei und Bleioxid bestehen und deren Elektrolyt eine Schwefelsäurelösung ist. Im geladenen Zustand einer Blei-Säure-Batterie besteht der Hauptbestandteil der positiven Elektrode aus Bleidioxid und der Hauptbestandteil der negativen Elektrode aus Blei; im entladenen Zustand bestehen die Hauptbestandteile der positiven und negativen Elektroden aus Bleisulfat. Das Funktionsprinzip einer Blei-Säure-Batterie besteht darin, dass Kohlendioxid und Bleischwammmetall als positive bzw. negative aktive Substanzen sowie eine Schwefelsäurelösung als Elektrolyt dienen. Die Vorteile von Blei-Säure-Batterien liegen in einer relativ ausgereiften Industriekette, sicherer Verwendung, einfacher Wartung, niedrigen Kosten, langer Lebensdauer und gleichbleibender Qualität usw. Die Nachteile sind langsame Ladegeschwindigkeit, geringe Energiedichte, kurze Lebensdauer, leichte Umweltverschmutzung usw. Blei-Säure-Batterien werden als Standby-Stromversorgung in der Telekommunikation, in Solarenergiesystemen, elektronischen Schaltsystemen, Kommunikationsgeräten, kleinen Backup-Stromversorgungen (USV, ECR, Computer-Backup-Systeme usw.), Notfallgeräten usw. und als Hauptstromversorgung in Kommunikationsgeräten, elektrischen Steuerlokomotiven (Beschaffungsfahrzeuge, automatische Transportfahrzeuge, Elektrofahrzeuge), Anlassern für mechanische Werkzeuge (Akku-Bohrer, Elektroschrauber, Elektroschlitten), Industriegeräten/-instrumenten, Kameras usw. verwendet.

Der technische Weg der chinesischen Energiespeicherindustrie – elektrochemische Energiespeicherung: Flüssigkeitsflussbatterien und Natrium-Schwefel-Batterien Flüssigkeitsflussbatterien sind Batterien, die durch elektrochemische Reaktionen löslicher elektrischer Paare an inerten Elektroden Elektrizität speichern und abgeben können. Der Aufbau eines typischen Flüssigkeitsflussbatteriemonomers umfasst: positive und negative Elektroden; eine von einer Membran und einer Elektrode umgebene Elektrodenkammer; Elektrolyttank, Pumpe und Rohrleitungssystem. Eine Flüssigkeitsflussbatterie ist ein elektrochemischer Energiespeicher, der durch Redoxreaktionen flüssiger Wirkstoffe elektrische und chemische Energie ineinander umwandelt und so elektrische Energie speichert und freisetzt. Es gibt viele verschiedene Typen und spezifische Systeme von Flüssigkeitsflussbatterien. Derzeit sind weltweit nur vier Arten von Flüssigkeitsflussbatteriesystemen wirklich gründlich erforscht, darunter reine Vanadium-Flüssigkeitsflussbatterien, Zink-Brom-Flüssigkeitsflussbatterien, Eisen-Chrom-Flüssigkeitsflussbatterien und Natriumpolysulfid/Brom-Flüssigkeitsflussbatterien. Die Natrium-Schwefel-Batterie besteht aus einer positiven und einer negativen Elektrode, einem Elektrolyten, einer Membran und einem Gehäuse und unterscheidet sich damit von herkömmlichen Sekundärbatterien (Blei-Säure-Batterien, Nickel-Cadmium-Batterien usw.). Die Natrium-Schwefel-Batterie besteht aus einer geschmolzenen Elektrode und einem festen Elektrolyten. Der Wirkstoff der negativen Elektrode ist geschmolzenes Natriummetall, der Wirkstoff der positiven Elektrode ist flüssiger Schwefel und geschmolzenes Natriumpolysulfidsalz. Die Anode der Natrium-Schwefel-Batterie besteht aus flüssigem Schwefel, die Kathode aus flüssigem Natrium und wird in der Mitte durch ein Beta-Aluminiumrohr aus Keramikmaterial getrennt. Die Betriebstemperatur der Batterie muss über 300 °C gehalten werden, um die Elektrode im geschmolzenen Zustand zu halten. Der technische Weg der chinesischen Energiespeicherindustrie – Brennstoffzellen: Wasserstoff-Energiespeicherzelle. Eine Wasserstoff-Brennstoffzelle ist ein Gerät, das die chemische Energie von Wasserstoff direkt in elektrische Energie umwandelt. Das Grundprinzip besteht darin, dass Wasserstoff in die Anode der Brennstoffzelle eintritt und unter Einwirkung eines Katalysators in gasförmige Protonen und Elektronen zerlegt wird. Die gebildeten Wasserstoffprotonen passieren die Protonenaustauschmembran, um die Kathode der Brennstoffzelle zu erreichen und sich mit Sauerstoff zu verbinden, um Wasser zu bilden. Die Elektronen erreichen die Kathode der Brennstoffzelle durch einen externen Stromkreis und erzeugen Strom. Im Wesentlichen handelt es sich um ein Gerät zur Stromerzeugung durch elektrochemische Reaktion. Die Marktgröße der globalen Energiespeicherindustrie – die neu installierte Kapazität der Energiespeicherindustrie hat sich verdoppelt – die Marktgröße der globalen Energiespeicherindustrie – Lithium-Ionen-Batterien sind nach wie vor die gängige Form der Energiespeicherung – Lithium-Ionen-Batterien haben die Vorteile einer hohen Energiedichte, eines hohen Umwandlungswirkungsgrads, einer schnellen Reaktion usw. und machen derzeit den größten Anteil der installierten Kapazität nach Pumpspeichern aus. Laut dem gemeinsam von EVTank und dem Ivy Institute of Economics veröffentlichten Weißbuch zur Entwicklung der chinesischen Lithium-Ionen-Batterieindustrie (2022). Den Daten des Whitepapers zufolge werden die weltweiten Gesamtlieferungen von Lithium-Ionen-Batterien im Jahr 2021 562,4 GWh betragen, was einem deutlichen Anstieg von 91 % gegenüber dem Vorjahr entspricht. Ihr Anteil an den weltweit installierten neuen Energiespeichern wird ebenfalls über 90 % liegen. Obwohl andere Formen der Energiespeicherung wie Vanadium-Redox-Batterien, Natrium-Ionen-Batterien und Druckluftspeicher in den letzten Jahren zunehmend an Bedeutung gewonnen haben, bieten Lithium-Ionen-Batterien nach wie vor große Vorteile hinsichtlich Leistung, Kosten und Industrialisierung. Kurz- und mittelfristig werden Lithium-Ionen-Batterien die weltweit wichtigste Form der Energiespeicherung sein, und ihr Anteil an den installierten neuen Energiespeichern wird hoch bleiben.

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