?燃料電池、鉛酸電池、堿性電池、固態(tài)鋰電池的優(yōu)缺點(diǎn)綜述

電池是國民經(jīng)濟(jì)的基礎(chǔ)產(chǎn)品，可廣泛應(yīng)用在交通運(yùn)輸、通訊、電力、鐵路、國防、計(jì)算機(jī)和科研等各個領(lǐng)域。目前市面上主流電池有燃料電池、鉛酸電池、堿性電池、固態(tài)鋰電池等。那么燃料電池、鉛酸電池、堿性電池、固態(tài)鋰電池的優(yōu)缺點(diǎn)有哪些？下面賢集網(wǎng)小編對于這幾類電池的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行綜述。

燃料電池的優(yōu)缺點(diǎn)：

燃料電池(FuelCell)是一種將存在于燃料與氧化劑中的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能的發(fā)電裝置。燃料和空氣分別送進(jìn)燃料電池，電就被奇妙地生產(chǎn)出來。它從外表上看有正負(fù)極和電解質(zhì)等，像一個蓄電池，但實(shí)質(zhì)上它不能“儲電”而是一個“發(fā)電廠”。



燃料電池的優(yōu)點(diǎn)



不管是滿負(fù)荷還是部分負(fù)荷均能保持高發(fā)電效率。



不管裝置規(guī)模大小均能保持高發(fā)電效率。



具有很強(qiáng)的過負(fù)載能力。



通過與燃料供給裝置組合的可以適用的燃料廣泛。



發(fā)電出力由電池堆的出力和組數(shù)決定，機(jī)組的容量的自由度大。



電池本體的負(fù)荷響應(yīng)性好，用于電網(wǎng)調(diào)峰優(yōu)于其他發(fā)電方式。



用天然氣和煤氣等為燃料時，NOX及SOX等排出量少，環(huán)境相容性優(yōu)。



負(fù)荷響應(yīng)快，運(yùn)行質(zhì)量高：燃料電池在數(shù)秒鐘內(nèi)就可以從低功率變換到額定功率。



能量轉(zhuǎn)化效率高：它直接將燃料的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能，中間不經(jīng)過燃燒過程，因而不受卡諾循環(huán)的限制。燃料電池系統(tǒng)的燃料—電能轉(zhuǎn)換效率在45%～60%，而火力發(fā)電和核電的效率大約在30%～40%。



安裝地點(diǎn)靈活：燃料電池電站占地面積小，建設(shè)周期短，電站功率可根據(jù)需要由電池堆組裝，十分方便。燃料電池?zé)o論作為集中電站還是分布式電站，或是作為小區(qū)、工廠、大型建筑的獨(dú)立電站都非常合適。



燃料電池的缺點(diǎn)



（一）燃料種類單一：目前，不論是液態(tài)氫、氣態(tài)氫、儲氫金屬儲存的氫，還有碳水化合物經(jīng)過重整后轉(zhuǎn)換的氫是燃料電池的燃料。氫氣的產(chǎn)生、儲存、保管、運(yùn)輸和灌裝或重整，都比較復(fù)雜，對安全性要求很高。但燃料種類的單一性，可以建立標(biāo)準(zhǔn)化、統(tǒng)一的供給系統(tǒng)。



（二）要求高質(zhì)量的密封：燃料電池的單體電池所能產(chǎn)生的電壓約為1V，不同種類的燃料電池的單體電池所能產(chǎn)生的電壓略有不同。通常將多個單體電池按使用電壓和電流的要求組合成為燃料電池發(fā)動機(jī)組，在組合時，單體電池間的電極連接時，必須要有嚴(yán)格的密封，因?yàn)槊芊獠涣嫉娜剂想姵兀瑲錃鈺孤┑饺剂想姵氐耐饷?，降低了氫的利用率并?yán)重影響燃料電池發(fā)動機(jī)的效率，還會引起氫氣燃燒事故。由于要求嚴(yán)格的密封，使得燃料電池發(fā)動機(jī)的制造工藝很復(fù)雜，并給使用和維護(hù)帶來很多困難。



（三）比功率還要進(jìn)一步提高：內(nèi)燃機(jī)的比功率約為300W/kg，以氫為燃料的燃料電池比功率約為300～350W/kg，功率密度為280W/L。甲醇經(jīng)過重整產(chǎn)生的氫為燃料的燃料電池綜合功率密度（包括重整器質(zhì)量）降低到220W/L。為了滿足FCEV動力性能的要求，需要進(jìn)一步提高燃料電池發(fā)動機(jī)的比功率。



（四）造價太高：目前質(zhì)子交換膜燃料電池是有發(fā)展前途的燃料電池之一，但質(zhì)子交換膜燃料電池需要用貴金屬鉑（Pt）作為催化劑，其使用量要求達(dá)到0.1～0.2mg/cm3，目前用量要求達(dá)到0.5mg/cm3，距離要求還較遠(yuǎn)。而且鉑（Pt）在反應(yīng)過程中受CO的作用會"中毒"而失效。鉑（Pt）的使用和鉑（Pt）的失效使質(zhì)子交換膜燃料電池的造價持高不下。



（五）需要配備輔助電池系統(tǒng)：燃料電池可以持續(xù)發(fā)電，但不能充電和回收FCEV再生制動的反饋能量。通常在FCEV上還要增加輔助電池，來儲存燃料電池富裕的電能和在FCEV減速時接受再生制動時的能量。



鉛酸蓄電池是工業(yè)化早的二次電池，自1859年發(fā)明至今已經(jīng)有150多年的歷史，但是該產(chǎn)業(yè)的發(fā)展仍然方興未艾。鉛酸蓄電池價格較低，具有技術(shù)成熟、高低溫性能優(yōu)異、穩(wěn)定可靠、安全性高、資源再利用性好等比較優(yōu)勢，市場競爭優(yōu)勢明顯。



鉛酸蓄電池的優(yōu)點(diǎn)/優(yōu)勢



①性能比較優(yōu)勢：目前，大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化的二次電池主要有鉛酸蓄電池、鎘鎳電池、氫鎳電池和鋰離子電池。鎘鎳電池含有ju毒元素鎘，已逐步被其他電池所替代。目前，市場上應(yīng)用廣泛的電池為鉛酸蓄電池、鋰離子電池和氫鎳電池。

相較于其他二次電池，鉛酸蓄電池主要有以下性能比較優(yōu)勢：



A、實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)的時間長、技術(shù)成熟的電池，性能穩(wěn)定、可靠，適用性好;



B、采用稀硫酸作電解液，無可燃性，電池采用常壓或低壓設(shè)計(jì)，安全性好;



C、工作電壓較高、工作溫度范圍較寬，適用于混合電動車(HEV)等高倍率放電應(yīng)用;



D、能浮充電使用，淺充淺放電性能優(yōu)異，適用于不間斷電源(UPS)、新能源儲能、電網(wǎng)削峰填谷等領(lǐng)域;



E、大容量電池技術(shù)成熟，能制成數(shù)千安時的電池，為大規(guī)模儲能提供了便利。



②成本比較優(yōu)勢：鉛酸蓄電池是廉價的二次電池，單位能量的價格是鋰離子電池或氫鎳電池的1/3左右。此外，鉛酸蓄電池的主要成分為鉛和鉛的化合物，鉛含量高達(dá)電池總質(zhì)量的60%以上，廢舊電池的殘值較高，回收價格超過新電池的30%，因此鉛酸蓄電池的綜合成本更低。



③再生利用比較優(yōu)勢：鉛酸蓄電池組成簡單，再生技術(shù)成熟，回收價值高，是容易實(shí)現(xiàn)回收和再生利用的電池。再生鉛產(chǎn)量已經(jīng)超過原生鉛產(chǎn)量，美國廢鉛酸蓄電池鉛的再利用率已超過98.5%，我國廢鉛酸蓄電池的再利用率也達(dá)到90%以上。鎘鎳電池、氫鎳電池、鋰離子電池多為小型電池，且組成復(fù)雜，再生成本高，回收難度大，再生產(chǎn)業(yè)難以實(shí)現(xiàn)市場化運(yùn)營。目前，前述電池平均回收比例不足20%，特別是鋰離子電池，多數(shù)國家尚未實(shí)現(xiàn)有效回收和再生。



鉛酸蓄電池的缺點(diǎn)



①能量密度偏低：傳統(tǒng)的鉛酸蓄電池質(zhì)量和體積能量密度偏低，能量密度只有為鋰離子電池的1/3左右，氫鎳電池的1/2左右，并且體積較大，不適宜在質(zhì)量輕、體積小的場合使用。未來，鉛酸蓄電池能量密度仍有較大的提高空間，尤其是泡沫碳等采用新材料、新技術(shù)的鉛酸蓄電池。



②循環(huán)壽命偏短：傳統(tǒng)鉛酸蓄電池循環(huán)壽命較短，理論循環(huán)次數(shù)為鋰離子電池1/3左右。鉛酸蓄電池的循環(huán)壽命提高的空間仍然比較大，特別是新材料、新結(jié)構(gòu)和新技術(shù)的鉛酸蓄電池，如雙極性鉛酸蓄電池、鉛碳電池等。



③產(chǎn)業(yè)鏈存在鉛污染風(fēng)險：鉛是鉛酸蓄電池的主要原材料，鉛占電池質(zhì)量的60%以上，鉛酸蓄電池的用鉛量占總用鉛量的80%以上。鉛為重金屬，鉛酸蓄電池制造產(chǎn)業(yè)鏈(包括原生鉛冶煉、電池制造、電池回收、再生鉛冶煉)存在較高的鉛污染風(fēng)險，管理不善會對環(huán)境造成污染和對人體健康產(chǎn)生危害。



堿性電池的優(yōu)缺點(diǎn)：



堿性電池是目前市面上普及度很高，容量可達(dá)900mAh，價格也比較適中，這讓堿性電池看起來似乎是智能門鎖電池的不er之選。

但堿性電池有兩個缺點(diǎn)，一是容易漏液。堿性電池使用一年左右，電池內(nèi)部會流出液體，致使電池槽生銹，損壞設(shè)備。二是電池低溫性能較差，零下10°C只能放出常溫下15%左右電量。北方進(jìn)入冬季后，低氣溫均在0℃以下，智能門鎖極易出現(xiàn)無法正常工作的情況，如開鎖動力不足，速度慢，所以需謹(jǐn)慎選擇。



固態(tài)鋰電池的優(yōu)缺點(diǎn)：



固態(tài)鋰電池的優(yōu)點(diǎn)：



1）安全性好，電解質(zhì)無腐蝕，不可燃，也不存在漏液問題；



2）高溫穩(wěn)定性好，可以在60℃-120℃之間工作；



3）有望獲得更高的能量密度。固態(tài)電解液，力學(xué)性能好，有效抑制鋰單質(zhì)直徑生長造



成的短路問題，使得可以選用理論容量更高的電極材料，比如鋰單質(zhì)做負(fù)極；固態(tài)電解質(zhì)的電壓窗口更寬，可以使用電位更高的材料做正極而不惜擔(dān)心電解質(zhì)分解問題；



4）固態(tài)電解質(zhì)支持電芯薄膜化設(shè)計(jì)，小可以達(dá)到幾個納米，拓寬了鋰電池的應(yīng)用范圍，并且使得電池自帶柔性成為可能。



5）可以選用電阻較大、充放電過程體積變化比較大的材料做正負(fù)極，薄膜化的正負(fù)極材料，只要成膜性能好，即使材料電阻偏大，只要足夠薄以后，依然不會給電池特性帶來明顯影響。



固態(tài)鋰電池的缺點(diǎn)：



1）溫度較低的時候，內(nèi)阻比較大；



2）材料導(dǎo)電率不高，功率密度提升困難；



3）制造大容量單體困難；



4）大規(guī)模制造中的正負(fù)極成膜技術(shù)還在集中火力研究中。



以上就是關(guān)于燃料電池、鉛酸電池、堿性電池、固態(tài)鋰電池的優(yōu)缺點(diǎn)的介紹，這幾種電池各有各的優(yōu)勢與短板，但是有傳聞鉛酸電池因?yàn)閷Νh(huán)境污染大而可能會被市場淘汰，但就目前而言，其在市場占比仍高于鋰電池。而且隨著鉛酸蓄電池回收體系的建立和完善，鉛酸蓄電池產(chǎn)業(yè)鏈將形成良性的“資源-產(chǎn)品-再生資源”的閉環(huán)結(jié)構(gòu)，有望成為資源節(jié)約型的循環(huán)發(fā)展產(chǎn)業(yè)。

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