宋嘉鵬

吉林省電力有限公司培訓(xùn)中心，吉林長(zhǎng)春 130021

0 引言

多年來(lái)，人們一直在努力尋找既有較高能源利用率而又不污染環(huán)境的能源利用方式，而對(duì)于電池的研究就是人們研究的主要研究方向。電池在軍事和民用上都具有廣闊的應(yīng)用前景，而電池研究對(duì)于電力系統(tǒng)的發(fā)展更就有戰(zhàn)略性的意義，例如現(xiàn)今燃料電池發(fā)電技術(shù)就正受到世界各國(guó)的廣泛重視。

電池的種類很多，許多電池種類只占電池總量的千分之幾，而應(yīng)用廣泛的鉛酸電池、鎳鎘電池、鎳氫電池、鋰離子電池的產(chǎn)值占到總量的98%以上，所以本文選擇產(chǎn)值較高的鋰離子電池以及目前的研究熱點(diǎn)燃料電池作為代表，介紹電池對(duì)于電力系統(tǒng)的重要意義。

1 電池對(duì)電力系統(tǒng)建設(shè)的意義

1.1 鋰離子電池

鋰離子電池采用鋰可嵌入材料取代金屬鋰，消除了由于枝晶生成所造成的安全隱患及循環(huán)差的缺點(diǎn)，保留了鋰電池高電壓的優(yōu)點(diǎn)，因而使鋰離子電池能量密度大、質(zhì)量輕、體積小、循環(huán)壽命長(zhǎng)、無(wú)記憶效應(yīng)、加之不使用Ni Cd 環(huán)境效益好，符合現(xiàn)代電池的發(fā)展趨勢(shì)[1]。

鋰離子電池開始產(chǎn)業(yè)化起始于20世紀(jì)90年代初，在2008年鋰離子電池的應(yīng)用就遍及了很多的領(lǐng)域，其銷量超過30億只并且全球年銷售額超過500億美元[1，2]。鋰離子電池作為現(xiàn)今電池產(chǎn)業(yè)的研究熱點(diǎn)，其性能的快速發(fā)展令人瞠目結(jié)舌。我們拿18650 型電池為例，在1989年的時(shí)候鋰離子電池的比容量只有約600mAh，但是隨著鋰離子電池容量的快速增長(zhǎng)，在1999年的時(shí)候這種電池的比容量上升到了1 350mAh，在現(xiàn)今18650 型電池的2 600mAh比容量已經(jīng)成為NBPC的主力電池?，F(xiàn)今學(xué)者對(duì)于鋰離子電池的研究主要有材料的改性和添加劑的加入方面，這方面的研究可以促進(jìn)鋰離子電池安全性的改善，為電池更廣泛的應(yīng)用打下了基礎(chǔ)。而學(xué)者們對(duì)于鋰離子電池低溫性能的提高研究，使得鋰離子電池的應(yīng)用領(lǐng)域擴(kuò)展到了軍事方面，并帶來(lái)軍事裝備水平的提升和戰(zhàn)力的提高[1]。正是由于鋰離子電池的快速發(fā)展以及人們對(duì)其的深入研究，使得鋰離子電池對(duì)于電力系統(tǒng)發(fā)電技術(shù)的建設(shè)和發(fā)展中也具有重要的意義。將鋰離子電池應(yīng)用到發(fā)電技術(shù)上也是現(xiàn)今各國(guó)學(xué)者的研究熱點(diǎn)。

1.2 燃料電池

燃料電池是一種把燃料在燃燒過程中釋放的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)換成電能的裝置。與蓄電池不同之處，是它可以從外部分別向兩個(gè)電極區(qū)域連續(xù)地補(bǔ)充燃料和氧化劑而不需要充電。燃料電池把燃燒反應(yīng)所放出的能量直接轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔埽运哪芰坷寐矢?，并且燃料電池設(shè)備輕巧，不發(fā)噪音，很少污染可連續(xù)運(yùn)行[3]。

燃料電池作為一種新型的發(fā)電技術(shù)，其越來(lái)越引起人們的重視，這主要取決于燃料電池的發(fā)電特點(diǎn)，燃料電池的特點(diǎn)主要有能量轉(zhuǎn)換效率高，燃料電池由于不受卡諾循環(huán)的限制，可以經(jīng)過電化學(xué)反應(yīng)直接將化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?，因此能量轉(zhuǎn)換效率比熱機(jī)和發(fā)電機(jī)能量轉(zhuǎn)換效率高得多[4]。燃料電池結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單易于建設(shè)，由于燃料電池具有組裝式結(jié)構(gòu), 不需要很多輔機(jī)和設(shè)施, 所以電池組內(nèi)部呈現(xiàn)自然的積木化結(jié)構(gòu), 可任意堆積成大功率電站,因而燃料電池電站的設(shè)計(jì)和制造是相當(dāng)方便的。燃料電池的燃料來(lái)源非常廣泛，并且其污染小噪音低。而燃料電池最主要的優(yōu)點(diǎn)就是其發(fā)電效率受負(fù)載變化的影響非常小，正是由于這個(gè)優(yōu)點(diǎn)使得燃料電池非常適合作為分散型發(fā)電裝置,這樣就可省去電網(wǎng)線路及配電調(diào)度控制系統(tǒng), 受戰(zhàn)爭(zhēng)和自然災(zāi)害等的影響比較小[5]。正是由于燃料電池具有這些突出的優(yōu)越性,所以燃料電池越來(lái)越受到各個(gè)國(guó)家的重視，燃料電池被選為21世紀(jì)高效清潔的發(fā)電技術(shù)。所以燃料電池的研究和發(fā)展對(duì)于現(xiàn)代發(fā)電技術(shù)的建設(shè)與發(fā)展具有重要的意義。

燃料電池現(xiàn)今對(duì)于發(fā)電技術(shù)的應(yīng)用主要體現(xiàn)在發(fā)電站和移動(dòng)電站的建設(shè)上。燃料電池可作為固定型電站和分散型電站，兩種發(fā)電站形式。燃料電池可作為小型發(fā)電裝置，同時(shí)可以作為醫(yī)院或者住宅等的備用電源[5]。美國(guó)對(duì)于燃料電池的研究處于領(lǐng)先地位，例如美國(guó)煤氣技術(shù)研究所創(chuàng)立的熔融碳酸鹽動(dòng)力公司已具備年產(chǎn)3MWMCFC的能力, 他們現(xiàn)在正進(jìn)行電極面積為1 106m2的250kW電廠試驗(yàn)。燃料電池可作為移動(dòng)電源，這是由于燃料電池具有噪音低、模塊結(jié)構(gòu)、積木性強(qiáng)等特點(diǎn)，這些優(yōu)點(diǎn)可以用于野外作業(yè)和軍事發(fā)面的應(yīng)用。現(xiàn)在美國(guó)和加拿大開發(fā)了從幾十瓦到千瓦級(jí)的質(zhì)子交換膜氫燃料電池類型的便攜式移動(dòng)電源系列產(chǎn)品[5]。

2 結(jié)論

現(xiàn)今隨著人類能源和生存環(huán)境的問題日益嚴(yán)峻，對(duì)于發(fā)展高效無(wú)污染的能源已經(jīng)成為日益迫切的問題。所以，對(duì)于電池的研究越來(lái)越引起人們的重視，現(xiàn)今人們對(duì)于電池的研究主要是鋰離子電池和燃料電池的研究。而對(duì)于這兩種電池的研究對(duì)于電力系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)技術(shù)的建設(shè)和發(fā)展具有重要的意義。鋰離子電池作為電池產(chǎn)業(yè)的主要組成部分，其是現(xiàn)今電池產(chǎn)業(yè)中發(fā)展最快的部分，每年各國(guó)對(duì)其的研究都逐年增加。而燃料電池的高效率發(fā)電優(yōu)勢(shì)已在煤電多聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)中初步展現(xiàn), 因而燃料電池必然成為人們的重要選擇,積極發(fā)展燃料電池發(fā)電技術(shù)是能源工業(yè)發(fā)展的必然。隨著電池技術(shù)的進(jìn)一步深化,必將能夠加快我國(guó)經(jīng)濟(jì)建設(shè)與可持續(xù)化發(fā)展的步伐。

[1]楊萍，蘇金然.鋰離子電池技術(shù)與應(yīng)用發(fā)展[J].電池技術(shù)，2009, 11(33)：1037-1039.

[2]衣寶廉.燃料電池[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2000.

[3]衣寶廉.燃料電池的現(xiàn)狀與未來(lái)[J].電源技術(shù)，1998，22(5)：216-221.

[4]丁常勝，苗鴻雁.新型高效清潔能源—燃料電池[J].陜西科技大學(xué)學(xué)報(bào)，2004，22(5)：183-186.

[5]張勝濤，溫彥.燃料電池發(fā)展及其應(yīng)用[J].世界科技研究與發(fā)展，2003，25(3)：57-66.