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电网系统里用不完的电都去哪儿了?很可能跑到这里了……

发布时间: 2021-10-10 发布来源:cpsjournals#中国物理学会期刊网

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    18世纪工业革命的兴起,让化石燃料占据了人类经济活动的前端,但由于其带来的污染及不可再生性,人们开始将着眼点放在新能源的开发与利用上。

    在如今的21世纪,能源问题仍旧不可避免且刻不容缓。

    而能源的存储(简称储能),作为连接能量供给与消费的重要环节,在整个能源互联网中起着重要的作用。

    不知道大家有没有想过这样一个问题:发电站在持续不断地发电,但我们的用电需求却有高有低。

    那在用电低谷时,会出现发电量大于用电量而导致电能浪费的情况吗?

    其实在正常情况下,电网系统自身是具备自我调节的能力的,可以最大程度上平衡发电量和用电量。

    但如果出现了发电量远超用电量,无法通过自我调节来实现均衡的情况,就要借助储能系统将多余的电量储存起来。

    在诸多的储能方式中,有一颗冉冉升起的新星,这种储能方式所基于的元素,也是人体肌肉组织和神经组织中的重要成分之一……

    没错,它就是钠离子电池储能系统2021年6月28日,中科院物理所与中科海钠在山西太原综改区联合推出了全球首套1MWh钠离子电池储能系统,并成功投入运行。

    1MWh钠离子电池储能系统该系统以自主研发的钠离子电池为储能主体,结合市电、光伏和充电设施构成一个微网系统,能够实现自我控制、保护和管理;具有灵活的运行模式和调度管理性能,既能并入大电网运行,又能独立孤岛运行;联网模式下与大电网一起分担用户的供电需求,孤岛模式下保证用户尤其是重要用户的正常用电。

    此次钠离子电池储能系统的成功研制,标志着我国在钠离子电池技术及其产业化水平走在了世界前列,同时意味着钠离子电池即将步入商业化应用新阶段。

    钠离子电池作为一种新型二次电池(可充电电池),近些年的发展势头可以用“迅猛”一词来形容。

    为何要大力研发钠离子电池并努力做到产业化?

    这背后的原因和意义究竟是什么?

    这还得从钠离子电池本身开始说起……

    钠离子电池的诞生早在1870年,法国著名小说家儒勒·凡尔纳就在其科幻小说《海底两万里》中描述了他心目中的钠电池。

    “将钠与汞混合形成一种合金(钠汞齐),代替本生电池(一种锌碳原电池)中所需要的锌。

    汞可以永久保持,而不断消耗的钠则可以从大海里源源不断地提取……

    ”直到1968年,才出现了能在高温下运作、使用金属钠作负极,单质硫作正极的高温钠硫电池。

    由于工作温度高,可应用的范围就非常受限,所以为了降低其工作温度,拓展其应用领域,科学家们可谓煞费苦心。

    1979年,“摇椅式电池”的概念被提出。

    何为摇椅式电池?

    指的是电极材料中的离子可以在电压的驱动下于正负极间来回迁移,就像摇椅可以前后摇晃一样。

    “摇椅”模型示意图自此,钠离子电池的雏形开始显现,并逐渐发展成今天的模样。

    钠离子电池的工作原理和锂离子电池一样,钠离子电池的主要结构也包括正极、负极、电解质、隔膜、集流体等,只是电池内传导的不再是锂离子,而是钠离子。

    正负极被电解质浸润以保证离子导通,隔膜用以将正负极隔开防止内短路,集流体则起收集和传导电子的作用。

    钠离子电池结构示意图充电时,钠离子从正极脱出,经电解质嵌入负极,电子经外电路由正极向负极迁移,实现能量的存储。

    放电过程与充电过程相反,实现能量的输出。

    正常情况下,钠离子在正负极材料的嵌入脱出不会破坏材料的晶体结构,使得反应高度可逆,从而保证电池可以反复使用。

    钠离子电池的优势01钠资源储量丰富相比锂资源的稀缺与分布不均,钠资源可谓储量丰富且分布广泛。

    如果对比一下锂元素和钠元素在地壳里的丰富度……

    嗯,一目了然这就使得钠离子电池的制造成本更低、且无发展瓶颈。

    02更廉价的电极材料在锂离子电池的许多材料中,Ni和Co是不可或缺的元素,但这却都是贵金属。

    而钠离子电池却不一样。

    近些年来,中科院物理

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