什么是金属-空气电池?它能应用在电池储能系统?ups电池生产厂家

　　什么是金属-空气电池?它能应用在电池储能系统?

　　虽然SES Power是以定制化锂离子电池为主营业务的制造商，我们在电池储能系统领域有着十多年的经验，虽然我们经常使用的是锂电池，特别是能够完美替代铅酸电池的磷酸铁锂电磁，但是我们仍然关系其他种类的二次可充电电池的发展，其中金属-空气电池就是我们关注的其中之一。

　　金属-空气电池的工作原理是在放电时通过金属的氧化反应来提供电能。

　　金属作为负极，并与空气正极配对。正极本身不储存任何电荷，但在放电过程中通过电化学还原过程从空气中获取氧气，并在电解液中产生羟基离子。电子通过外部电路从金属负极流向正极，并提供电力。

　　在可充电的金属-空气电池中，这种金属氧化反应可以通过施加电压和电流来存储电能。尽管几乎任何可以自发氧化的金属都可以作为金属-空气的基础材料，但只有相对较少的金属具有可充电电池所需的属性。

　　从历史上看，金属-空气电池主要用作一次性的低功率小型消费设备中的电池，最常见的例子是用于助听器的锌空气电池。可充电金属-空气电池的研究已经进行了几十年，但真正商业化是以可充电锌空气电池的形式。

　　(金属-空气电池的发展历史、工作原理示意图)

　　迄今为止，有两大类金属-空气电池最受关注。它们的区别在于使用的电解质类型，分别是水性电解质(通常是碱性)或非水性电解质(通常基于醚或碳酸烷基酯有机溶剂)。

　　电解质的选择反映了其在电池工作电压下对副反应的稳定性：锌-空气电池、铁-空气电池、铝-空气电池可以使用碱性水溶液，而锂-空气和钠-空气电池需要采用非水电解质，因为具有更高的电池电压，这对更高的能量和功率密度很有吸引力。

　　这两种类型的金属-空气电池在理论上都具有较高的比能量。锂-空气电池和锌-空气电池的比能量分别约为锂离子电池的50倍和5倍。然而，在实践中锌空气电池只达到其理论的能量密度的35%左右。

　　水性金属-空气电池比锂离子电池更安全，主要是因为水性电解质不易燃，而且它们是存储能量成本最低的可充电电池之一。

　　金属-空气电池的开路电压低于锂离子电池——锂空气电池为2.9V，锌空气电池为1.65V，锌空气电池为1.28V。而低电压意味着需要更多的电池串联才能达到更高的系统电压。与锂离子电池相比，使用金属-空气电池的系统将会更复杂和更昂贵。

　　目前，使用碱性水电解质的金属-空气电池对于固定式电储能系统应用更具吸引力，这主要是由于其具有安全性和成本优势。非水性金属-空气电池的成本往往高于水性金属-空气电池的成本，主要是因为金属和电解质的成本较高。锂、锌、铁，这三种金属-空气化学物质的储能成本分别约为40美元/kWh、6美元/kWh时和0.6美元/ kWh。水性碱金属-空气电池有可能实现系统成本低于10美元/kWh的储能应用。

　　锌-空气电池技术最为成熟，已经发展为一次电池和二次电池。在上世纪70年代，人们对用于开发电动汽车应用的铁空气电池产生了短暂的兴趣。而这种电池技术现在正在试图进入电网规模储能系统中。铝-空气电池的化学成本也较低，但充电性能较差;出于这个原因，迄今为止，它们大多作为一次性电池使用。

　　金属-空气电池的另外两种变体可能具有部署电网规模储能系统的潜力。一种是“机械式可充电”电池，其中氧化的金属负极或整个电池在电池放电后被更换。然后可以将使用过的负极材料回收回其金属形式，再加工成为系统成本结构的一部分。铝-空气电池是这种方法的候选者之一，因为它们具有高能量密度和低成本，但电可逆性差。

　　第二种电池是吸气式水硫液流电池。空气或硫电极中使用的电解质中钠离子浓度的变化导致氧气的吸收或释放，同时硫电荷状态发生变化。这种变体电解质的成本可低至1美元/kWh，并且在液流电池的配置中，它提供了独立调整功率和能量，有利于长时储能。吸气式水性硫液流电池的主要缺点是对离子选择性隔膜的挑战性要求，该膜可以分别分离低pH值和高pH值的正极和负极电解质。

　　极低的材料成本、高能量密度、设计相对简单、固有的安全性，使水性金属-空气电池成为更有前途的电化学电池之一。

　　与锂离子电池相比，当前的金属-空气电池具有较低的往返能量效率、较高的电力成本和较低的循环寿命。这种特性导致金属-空气电池非常适合部署在持续时间12小时以上的储能应用。

　　预计金属-空气电池的电力成本相对较高(590美元/kW～950美元/kW)，相比之下，锂离子电池为30美元/kW ～50美元/kW，液流电池为290美元/kW～530美元/kW，但预计储能容量的成本极低(0.1～4.0美元/kWh)，这表明该技术在长时储能应用中具有潜在的重要作用。

　　当然，在现有的情况下，锂离子电池仍然是储能系统的首选，这观点是SES Power非常认同的，我们的采用了EVE、CATL、BYD的方形铝壳磷酸铁锂电池的12V100Ah、12V200Ah、24V100Ah、36V100Ah、48V100Ah，家庭储能3KW、5KW系统，机架式储能系统等产品，能够在-40摄氏度工作的磷酸铁锂电池，广泛地应用在储能领域。

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