巨型充电宝简要介绍之四钠离子电池储电

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说到充电宝,应该都会想到智能手机时代非常常见的充电宝,内置3.7伏锂电池(充满电后达到4.2伏),通过升压电路板把输出电压提升为5伏用来给包括手机在内的多种数码电子产品充电。不过需要强调一下“充电宝”这个词语并不是这种充电产品的专用词语,因为在这之前市场上还有一种叫做充电宝的的小商品,使用的是1节5号电池(使用1.5伏的干电池或1.2伏的可充电镍氢电池),同样通过升压电路板提升电压至5伏,可用于老式小屏手机以及其他一些数码电子产品充电。

手机充电宝

上述两种充电宝都有一个共同点,就是可以储存电能及释放电能,今天要向大家说到的钠离子电池在原理上同锂电池很相似,毕竟锂与钠是同族金属元素,化学性质相似。只不过现阶段由于钠离子电池的能量密度还比不上锂离子电池,所以钠离子电池还不适合做小型储能产品,只适合做比较大的储能产品,所以我们就形象地把钠离子电池储能产品称为“巨型”充电宝。

化学元素周期表

既然钠离子电池能量密度不如锂离子电池,那为何还要开发它呢?首先是地球上锂元素储量并不丰富,但是钠元素储量可就非常丰富,以至于医生都要警告我们每天最好不要摄入超过2.5克钠离子。储量丰富也就意味着成本低,例如一吨碳酸锂售价达三十万元,一吨碳酸钠也就两千元。还有就是中国的锂资源更是不丰富,中国又是锂电生产大国,所以锂矿严重依赖进口,于是不断研究开发钠离子电池意义非常重大。

钠离子电池未来应用场景

而且钠离子电池相比锂离子电池安全性更好,寿命更长,而且工作温区更宽。锂离子电池在零下20度时能量保持率为50%—60%,钠离子电池则达90%;锂离子电池在零下40度时能量保持率只剩下37%,钠离子电池则为80%。另外钠离子电池达到80摄氏度时也可以工作,锂电池则不行。

当然目前钠离子电池最大不足就是能量密度暂时只能达到锂离子电池的70%—80%,其次就是充电循环次数不如锂电池,尽管钠离子电池充电可循环达次,达到磷酸铁锂电池的水平,但是钛酸锂电池可达次。这使得在一些较小型可移动设备上暂时竞争不过锂离子电池,但是在大型储能电站上相比锂离子电池而言那就是优势明显了。

大型钠离子储电系统

建设大型钠离子电池储能电站的主要作用当然不是为了应急供电,而是为了参与电网的调频,维护电网的稳定与安全。由于双碳目标的需要,今后清洁能源的占比将会越来越高,但是随之而来会对电网的稳定会带来更大的挑战。比如风力发电时风力肯定是忽大忽小而且无具体的规律,太阳能发电则是随着光照强度的变化不停波动,而且夜间不能发电,阴雨天也基本不能发电。所以最好把它们发出的不稳定电能先收起来,然后再释放出稳定电能向电网输电,这样就需要用到蓄能电站,目前许多地方甚至强制性要求每开发装机个单位的风能及太阳能电站就必须搭配20个单位的蓄能电站。

家庭小型太阳能系统示意图

除此之外还有就是中国现在存在大量的小型太阳能电站,目前都只能采用比较贵的锂离子电池,随着钠离子电池规模化生产后一定会替代这部分锂电池。这样有利于更多的小型太阳能电站的建设,毕竟小型电站不像大型电站那样能把度电成本压得很低,如果用便宜的钠离子电池替代锂离子电池那非常有利于大量小型电站的建设,有利于双碳目标的早日实现。



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