儲能技術習題答案4

1、第4章習題答案4-1鉛酸電池的原理是什么？請寫出它的反響方程式。解：傳統(tǒng)鉛酸電池的電極由鉛及其氧化物制成，電解液采用硫酸溶液。在充電狀態(tài)下，鉛酸 電池的正極主要成分為二氧化鉛，負極主要成分為鉛；放電狀態(tài)下，正負極的主要成分均為 硫酸鉛。放電時，正極的二氧化鉛與硫酸反響生成硫酸鉛和水，負極的鉛與硫酸反響生成硫 酸鉛；充電時，正極的硫酸鉛轉(zhuǎn)化為二氧化鉛，負極的硫酸鉛轉(zhuǎn)化為鉛。鉛酸電池反響如下。正極：PbCh+3H+HSO；+2e- &PbSO4+2H2。負極：Pb+HSO；/ PbSO4+H+ +2e-總反響：PbCh+Pb+2H2s皂 2Pbsc）4+2H2。4-2請簡述鉛酸電池的工作方式。解：

2、鉛酸電池主要有充電放電制和定期浮充制兩種充電方式。充電放電制是指鉛酸電池組充電過程與放電過程分別進行的一種工作方式，即先用整流 裝置給鉛酸電池組充滿電后，再由鉛酸電池的負載供電（放電），然后再充電、再放電的一 種循環(huán)工作方式。充電放電制主要用于移動型鉛酸電池組。例如，汽車摩托車啟動用鉛酸電 池組、鉛酸電池車輛用鉛酸電池組等，當有兩組相同型號的固定型鉛酸電池組，一組工作, 而另一組備用時，一般也采用這種工作方式。定期浮充制就是整流設備與鉛酸電池組并聯(lián)并定期輪流向負載供電的一種工作方式。也 就是說，由整流設備和鉛酸電池組所構成的直流電源，局部時間由鉛酸電池向負載供電；其 他時間由整流設備浮充鉛酸電

3、池組供電，即整流設備在直接向負載供電的同時，還要向鉛酸 電池充電（浮充），以補充鉛酸電池放電時所消耗的能量以及因局部放電所引起的容量損失。4-3簡述鉛酸電池的充放電特性。解：鉛酸蓄電池充電曲線如下列圖所示，其內(nèi)部反響如下：481216光電時間(h)2 2 2 2(身整裂沃， A A30403020圖4-17習題4-3示意圖(1)在電池充入電量至70%80%之前，利用整流器的限流特性維持充電電流不變，此 過程電池端電壓幾乎呈直線上升；(2)當電流的端電壓上升至穩(wěn)壓點附近時，由于充電歷程已到中后期，此時正極板上 PbSO4數(shù)量已不多，使交換電流密度隨反響面積的變小而增大，所以電化學極化作用已經(jīng)變

4、小，而電池內(nèi)阻也明顯減少。但是，充電的真實外表積已經(jīng)變小了，故引起了電極真實電流 密度的增大。繼而使電極外表附近電解液濃度增高，導致濃差極化影響嚴重，造成電池內(nèi)電 流迅速衰減。(3)當充電至后期，電池電流已明顯變小，所以濃差極化作用隨之減小。而電化學極化 作用影響又增加，所以電池電流繼續(xù)衰減，只是衰減速度變慢。(4)充電末期，充入電池的電流大局部用于維持電池內(nèi)氧循環(huán)，僅極小的電流用于維持 活性物質(zhì)的恢復，因而電池電流穩(wěn)定不變。鉛酸蓄電池放電曲線如下列圖所示，其內(nèi)部反響如下：圖4-18習題4-3示意圖(1)在放電初期，端電壓U下降很快，這是因為在放電初期，活性物質(zhì)微孔內(nèi)的電解液 濃度下降很快，使

5、電動勢E明顯減小，同時內(nèi)電阻r的明顯減小也使內(nèi)電阻電壓降Ir有較 大減小，端電壓U也將快速減小。(2)在放電中期，由于活性物質(zhì)微孔內(nèi)的電解液逐漸擴散，其濃度趨于平衡，使電動勢 E和內(nèi)電阻r的減小變得緩慢，也使端電壓U緩慢減小。臨近放電中期末尾時，正負極板表 面上的活性物質(zhì)二氧化鉛(PbO2)和海綿狀金屬鉛(Pb)已經(jīng)大局部轉(zhuǎn)換成硫酸鉛(PbSO4)。(3)放電后期，極板上活性物質(zhì)轉(zhuǎn)換成硫酸鉛的轉(zhuǎn)換作用已經(jīng)很微弱，這時，端電壓的下降將變快，當放電電壓下降到終了電壓（L8V）時，蓄電池應立即停止放電，這時，端電壓 將很快恢復到2.0V左右，如果不立即停止放電，蓄電池的端電壓將急劇下降，同時對蓄電

6、池的使用壽命也將產(chǎn)生不利影響。4-4請簡述鉛炭電池的特點。解：在負極引入活性炭，使電池兼具鉛酸電池和超級電容器的優(yōu)勢，能夠顯著提高鉛酸電池 的壽命，同時可有效抑制普通鉛蓄電池負極不可逆硫酸鹽化的問題，使其大電流充放電性能 和循環(huán)壽命得到顯著提升。其優(yōu)勢在于：（1）本錢低廉、制造工藝簡便；（2）能量本錢低；（3）工作溫度范圍寬 泛，低溫性能好于鋰電池無需單體BMS。其劣勢在于：（1）比功率、比能量偏低充電速率低，滿充需要14-16小時；（2）需防止 不可逆硫酸鹽化；（3）循環(huán)壽命短，重復深度充放減少電池壽命；（4）回收困難，對環(huán)境有 害。4-5鋰離子電池的原理是什么？請寫出它的反響方程式。電池充

7、電時，正極上的電子通過外部電路跑到負極上，而鋰離子從正極脫嵌，穿過電解 質(zhì)和隔膜嵌入負極，與從正極跑過來的電子結合，使得負極處于富鋰態(tài)，正極處于貧鋰態(tài), 同時電子的補償電荷從外電路供給到負極，保證負極的電荷平衡；放電時那么相反，電子從負 極經(jīng)過外部電力電子器件跑到正極，鋰離子從負極脫嵌，穿過電解質(zhì)和隔膜重新嵌入正極， 正極，與從負極跑過來的電子結合。因此鋰離子電池實質(zhì)為一種鋰離子濃差電池，依靠鋰離 子和電子在正負極之間的轉(zhuǎn)移來完成充放電工作。鋰離子電池的化學反響式：LiMO.+/?CLi, XMO7+LixCnz、1-a z x n正極反響：LiMO? Li yMO? +xLi+xeZ 、I

8、-AL負極反響：xLi1 +xe +/1C QLiCn4-6簡述鋰離子電池的充放電特性。答：充電過程：隨著鋰離子充電電流的增加，恒流時間逐步減少，恒流可充入容量和能量也 逐步減少。在實際電池組應用中，可以以鋰離子電池允許的最大充電電流充電,到達限壓后， 再進行恒壓充電，這樣在減少充電時間的基礎上，也保證了充電的平安性；另外，應綜合考 慮充電時間和效率，選擇適中的充電電流，以減少內(nèi)阻能耗。放電過程：電池在初始階段端電壓快速下降，放電倍率越大，電壓下降的越快；隨后， 電池電壓進入一個緩慢變化的階段，這段時間稱為電池的平臺區(qū)，放電倍率越小，平臺區(qū)持 續(xù)的時間越長，平臺電壓越高，電壓下降越緩慢；在電池

9、電量接近放完時，電池負載電壓 開始急劇下降直至到達放電截止電壓。4-7請簡述鋰離子電池的特點。解：鋰離子電池優(yōu)勢在于：（1）高能量密度，高功率密度；（2）能量轉(zhuǎn)換效率高，95%以上； （3）長循環(huán)壽命；（4）可快充快放，充電倍率一般在0.53C。鋰離子電池劣勢在于：（1）采用有機電解液，存在較大平安隱患；（2）循環(huán)壽命和本錢 等指標尚不能滿足電力系統(tǒng)儲能應用的需求；（3）不耐受過充和過放；（4）使用循環(huán)中不可 防止自然緩慢衰退；（5）低溫下（0）不易實現(xiàn)快充快放。4-8請簡述液流電池的特點。解：液流電池和通常以固體作電極的普通蓄電池不同,液流電池的活性物質(zhì)以液體形態(tài)儲存 在于兩個別離的儲液罐中

10、，由泵驅(qū)動電解質(zhì)溶液在獨立存在的電池堆中反響，電池堆與儲液 罐別離，在常溫常壓運行，因此平安性高，沒有潛在爆炸風險。且其充放電循環(huán)次數(shù)10000 次，日歷壽命可達20年；響應速度快、自放電率低且環(huán)境友好。但液流電池能量密度相比 其他電化學儲能技術較低，系統(tǒng)相對復雜。4-9全鋼液流電池的原理是什么？請寫出它的反響方程式。解：全鋼液流電池中，正極電解液為含有五價釵和四價釵離子的硫酸溶液，負極電解液為含 有三價帆和二價機離子的硫酸溶液，二者由離子交換膜隔開。在對全釵液流電池進行充放電 過程中，正負極電解液在各自電極區(qū)進行化學反響，釵電池中的電能以化學能的方式存儲在 不同價態(tài)釵離子的硫酸電解液中，通過

11、循環(huán)泵把電解液壓入電池堆內(nèi)，在機械動力作用下, 使其在不同的儲液罐和半電池的閉合回路中循環(huán)流動，采用質(zhì)子交換膜作為電池組的隔膜, 電解質(zhì)溶液平行流過電極外表并發(fā)生電化學反響，通過雙極板收集和傳導電流，從而使得存 儲在溶液中的化學能轉(zhuǎn)換為電能。全機液流電池反響如下：正極電對：V（V）/V（IV）va+O-e 晉 VO；+2H+負極電對:V（III）/V（ II）V3+ezz=V2+4-10請簡述全鋼液流電池、鐵銘液流電池和鋅漠液流電池的特點。解：全銳液流電池能量密度較低，本錢過高；鋅漠液流電池能量密度高、材料本錢較低且對環(huán)境友好；鐵格液流電池電池本錢較低且無污染，制備較為容易。4-11鈉硫電池的

12、原理是什么？請寫出它的反響方程式。解：鈉硫電池采用加熱系統(tǒng)把不導電的固態(tài)鹽類電解質(zhì)加熱熔融，使電解質(zhì)呈離子型導體而 進入工作狀態(tài)。作為固體電解質(zhì)兼隔膜，固態(tài)B-氧化鋁陶瓷管只允許帶正電荷的鈉離子通過 并在正極和硫結合形成硫化物。鈉硫電池在放電過程中，電子通過外電路由陽極（負極）到 陰極（正極），而Na+那么通過固體電解質(zhì)p-AbCh與S2-結合形成多硫化鈉產(chǎn)物，在充電時電 極反響與放電相反。鈉與硫之間的反響劇烈，因此兩種反響物之間必須用固體電解質(zhì)隔開, 同時固體電解質(zhì)又必須是鈉離子導體。鈉硫電池反響如下。正極：S的#S + 2e-負極:總反響:充電2s、+2Na + xS4-12請簡述鈉硫電池的特點。解：鈉硫電池單位質(zhì)量或單位體積所具有的有效電能量較高，也稱其比能量較高。其理論比 能量為760wh/kg,是鉛酸電池的3-4倍；此類電池能夠進行大電流、高功率放電，其放電電