【化學儲能材料的研究進展綜述報告5300字（論文）】

4參考文獻1化學儲能材料的研究進展綜述報告目錄TOC\o"1-2"\h\u19346化學儲能材料的研究進展綜述報告 13928前言 221108一、儲能技術(shù)概述 227012（一）儲能技術(shù)簡介 28220（二）儲能技術(shù)的原理 229228二、化學儲能材料的研究進展 37912（一）化學儲能材料現(xiàn)狀 325244（二）化學儲能材料類別 325014（三）化學儲能材料的發(fā)展趨勢 419964三、化學儲能材料的應(yīng)用 513280（一）鉛酸電池 53006（二）鋰系電池 52672（三）液流電池 521159結(jié)論 626510參考文獻 6摘要儲能技術(shù)的應(yīng)用可以有效提高能量的利用效率，是能源管理中的一個重要研究內(nèi)容。儲能技術(shù)的重點功用是保存剩下來的能量，然后再由需要時再釋放能量，從而在時間和地點上解決能源供需矛盾，提高能源利用效率和靈活性。在電網(wǎng)中，儲能技術(shù)有將高峰時期的負荷轉(zhuǎn)移到不是高峰時期的作用。在此過程中，化學儲能材料在存儲能量這方便扮演了一個不可或缺的角色。儲能材料的優(yōu)劣直接關(guān)系到了儲能的好壞，所以對儲能材料的研究有利于對該領(lǐng)域的技術(shù)完善和提升。本文對這些年化學的儲能材料與最新的技術(shù)研究成果的進展進行了講述，重點介紹了化學儲能材料取得的科研成果，以及化學儲能材料在儲能中的應(yīng)用，并展望了該領(lǐng)域的發(fā)展趨勢和應(yīng)用前景。關(guān)鍵詞化學儲能儲能技術(shù)儲能材料前言由于以前留下來的化石燃料已經(jīng)用完，能源緊張的問題不僅影響著一個國家的國防事業(yè)，同樣對社會民生方面也有所影響。對于現(xiàn)在世界如此嚴重的環(huán)境狀況，全球各個國家都同意應(yīng)該探索發(fā)展能夠與人類還有環(huán)境和諧共處的新能源，它的成功應(yīng)用是決定世界經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展的核心技術(shù)之一。因此，無論是在軍事領(lǐng)域還是其他軍民融合領(lǐng)域，高安全性、高環(huán)境適應(yīng)性和高能量的儲能設(shè)備和能源都是一個非常重要的組成部分，引起了國內(nèi)外科研究人員的廣泛關(guān)注。新能源一般包括地熱能、太陽能、風能和核能，但它們不能直接使用，需要進行能源轉(zhuǎn)換。在轉(zhuǎn)換過程中，轉(zhuǎn)換效率受到各種因素的制約，其中儲能材料和儲能元件是兩個關(guān)鍵因素，所以我們需要找到并且利用一些可以替代的材料，這些材料需具備使用成本低、安全無害并且有良好的的性能的特點，尋找具備這些條件的材料是現(xiàn)在科研界的一個主要研究方向。面對化石燃料的枯竭和自然環(huán)境的惡化，促進能源轉(zhuǎn)型以形成能源互聯(lián)網(wǎng)，這讓世界上許多國家都高度重視。在能源互聯(lián)網(wǎng)中，儲能技術(shù)具有關(guān)鍵作用。近年來，儲能技術(shù)不斷被各國列入戰(zhàn)略規(guī)劃，全球儲能市場保持著快速蓬勃的發(fā)展。一、儲能技術(shù)概述（一）儲能技術(shù)簡介儲能主要是指儲存電能，通過某種介質(zhì)或設(shè)備儲存各種形式的能量，并根據(jù)現(xiàn)場應(yīng)用的形式釋放特定能量的過程。儲能技術(shù)應(yīng)用于智能電網(wǎng)建設(shè)中的發(fā)電、輸電、配電和用電四個環(huán)節(jié)。它也是可再生能源接入、分布式發(fā)電、微電網(wǎng)和電動汽車發(fā)展的必要支撐技術(shù)。（二）儲能技術(shù)的原理如今，有關(guān)儲能的技術(shù)發(fā)展的如火如荼，也有很多種類，它的主要形式有：一是以電儲能為代表的電化學儲能和感應(yīng)（電容）儲能得到廣泛應(yīng)用；二是機械儲能，如熔鹽儲熱和重力勢能，以熱能和機械儲能為代表。本文主要介紹了電化學儲能的技術(shù)特點、發(fā)展現(xiàn)狀及應(yīng)用。電化學儲能是最靈活、應(yīng)用最廣泛的儲能方式之一。它是一種儲能形式，通過電場和電化學電位中電解液中正負離子的定向遷移，外部電源得以保存并作用于特定的電極-電解液系統(tǒng)。鉛酸電池和磷酸鐵鋰電池是電動汽車、備用電源和新能源發(fā)電等大功率儲能應(yīng)用的主要儲能介質(zhì)。對于小功率民用儲能應(yīng)用，如便攜式計算機、手機、備用照明等，常用的電池是鋰離子電池或普通小型可充電電池。二、化學儲能材料的研究進展（一）化學儲能材料現(xiàn)狀化學反應(yīng)儲能是一種高能量、高密度的儲能方式。其儲能密度一般比顯熱和潛熱高，這種儲能方法產(chǎn)物或者催化劑分離的手段，非常簡單的用于需要長時間儲存的能量，不過，它存在的缺點是真正運用是它的技術(shù)較為復雜，地刺的投資過大并且整體效果不達到預期。從本質(zhì)上講，化學儲能就是利用物質(zhì)接觸時發(fā)生的化學反應(yīng)，通過熱能和化學能的相互轉(zhuǎn)化，實現(xiàn)嫩膚量的儲存?，F(xiàn)在化學方式的儲存在化學熱泵、化學熱管、化學熱機、空調(diào)設(shè)備和滅火材方面廣泛運用。最新的研究表明，有些可逆轉(zhuǎn)的化學反應(yīng)比運用單純的物理方法在春村熱量方面更加有效。它的優(yōu)點在于可以接受儲存的熱量大，并且若在反應(yīng)的過程中使用反應(yīng)物或者催化劑加以控制，就可以讓更加長久的儲存得以實現(xiàn)。其中，儲存低中溫熱量最有效的化學反應(yīng)是水合/脫水反應(yīng)，這種反應(yīng)的可逆性非?？捎^，有利于設(shè)計多種用途的不同溫度儲存熱量系統(tǒng)。（二）化學儲能材料類別1.結(jié)晶水合物結(jié)晶水合物蓄熱，是以低于其熔點的溫度為前提，使全部或部分的水合鹽脫去它的結(jié)晶水，載利用在脫水過程中所吸收到的水合熱來達到熱量的儲存目的。同樣的，把已經(jīng)脫水的鹽和脫下的水相結(jié)合就可以實現(xiàn)熱量的回收。在很多場景下，此類型的水合熱要比溶解的熱量高上很多。這種辦法的重點在于脫水。因為去水物質(zhì)可以使溶液具有比較低的蒸汽壓，因此，如果將水合鹽與去水物質(zhì)(如有機溶劑)混在一起，然后對其進行加熱，結(jié)晶水會進入去水物質(zhì)，從而離開水合鹽。如果想要達到長時間儲存的目的，我們要把脫水鹽與溶液分離。但如果是沒有時間要求，只是短時間儲存，就不用分離，只需要減低溫度，把實驗方法反過來就可以了。去水物質(zhì)不僅有有機溶劑(如灑精)，還有一些具有在低蒸汽壓下形成吸熱水溶液相同性質(zhì)的鹽，其中低成本的NH3NO3最引人注目。2.無機氫氧化物無機氫氧化物的脫水反應(yīng)也可以達到蓄熱的目的。表3.2顯示了一些無機氫氧化物的脫水焓（通過去除1mol水吸收的熱量）和脫水溫度。從表3.2可以看出，這些氫氧化物性能參數(shù)對于低溫蓄熱具有很大的潛力。例如，在上海石化有限公司設(shè)計的絕熱填充床中，利用Ca（OH）2/Cao的可逆反應(yīng)加熱水蒸氣，獲得了高品位過熱水蒸氣，其溫度高達五百攝氏度?？赡嫘詮?、反應(yīng)的速度快、足夠大的熱量反應(yīng)以及性能穩(wěn)定安全并且成本低是這種類型的化學熱泵材料的優(yōu)點。但同樣也具有不足，由于有些成分具有很強的腐蝕性，還會與空氣中的二氧化碳產(chǎn)生反應(yīng)，使它的穩(wěn)定性差強人意，所以現(xiàn)階段的運用還比較少。3.多孔蓄熱材料多孔材料蓄熱的工作方式是利用一些材料對水的高吸附熱。其中重量百分比為30%～35%的水可以被多孔材料吸收，所以，通過吸水，在過程中可以儲存很多熱量，并且密度大多大于100kJ/kg。而且，這種材料的使用壽命很長，Y型沸石即使進行樂1000次循環(huán)，它的其活性也不會有所降低。所以，沸石非常有利于水蒸氣透過沸石床傳質(zhì)，如果它被加工成粒狀的話。到現(xiàn)在為止，人們對這些材料已經(jīng)做了很多的探索探究。多孔材料儲存體系不僅無毒，更重要的是成本低，吸附蒸汽體積不會變化太大，未來發(fā)展前景很樂觀（三）化學儲能材料的發(fā)展趨勢利用材料的可逆化儲存熱量能力高，并且它的儲熱密度高，對于能量的長期儲存有正面影響，還有多種可選擇的材料，加之大多數(shù)材料適應(yīng)低中溫三種不同程度熱量儲存環(huán)境，所以在現(xiàn)在有很大的利用價值，特別是在太陽能應(yīng)用、化學熱泵、化學熱管、化學熱機這些方面。但是這種材料現(xiàn)在并沒有大量投入使用，，因為這種材料的反應(yīng)過程較為復雜，一定時期需要催化劑的幫助，相對的有些安全隱患，并且一次的投資就很大，效果還不是很好。例如，金屬氫化物和氨化物也是性能良好的反應(yīng)儲熱系統(tǒng)。金屬氫化物蓄熱的原理是使某些金屬或合金（主要是合金）具有吸收氫的能力。它們能在適當?shù)臏囟群蛪毫ο屡c氫反應(yīng)生成金屬氫化物，同時釋放大量熱能；相反，金屬氫化物可以發(fā)生吸熱反應(yīng)并釋放儲氫，但也有條件，需要在減壓和加熱的條件下進行，如LaNi5的氫化反應(yīng)熱約為210kJ/kg,而鎂的氫化反應(yīng)熱高到3182kJ/kg。由于貯氫材料的高儲能密度和清潔、沒有污染等特點,故目前這種材料在以下這些方面有很大的應(yīng)用前景，化學熱泵、貯熱制冷及太陽能利用等。氨化物的可逆分解化合反應(yīng)。在一定的條件下，熱反應(yīng)的反應(yīng)速度會更加快，比如，再有催化劑的幫助下、溫度高的時候還有遠離平衡態(tài)時。國外已進行利用此反應(yīng)應(yīng)用于太陽能貯熱發(fā)電的實驗研究。氨系統(tǒng)的主要優(yōu)點是:氨工業(yè)的發(fā)展已經(jīng)趨向成熟，并且催化劑性對容易獲得成本又低，系統(tǒng)的操作簡單，儲能的密度大。如果需要用到氫可以逆反應(yīng)這一特點產(chǎn)生氣體，就必須考慮兩個問題，一個是儲存裝置嚴密性是否符合標準，第二個是產(chǎn)生的氣體對材料是否有腐蝕作用?；瘜W儲能是一門嶄新的科學,在以后的發(fā)展中應(yīng)該把重點放在尋找和研究良好的材料，努力找出不足并及時改正，在走向?qū)嶋H工程應(yīng)用的道路上逐漸前進。三、化學儲能材料的應(yīng)用（一）鉛酸電池鉛酸蓄電池的正電極是二氧化鉛，負電極為鉛，水和硫酸是中間介質(zhì)，在充電和放電過程中，發(fā)生氧化還原反應(yīng)，并在電池中形成電流。這個過程是可逆的。鉛酸蓄電池是目前應(yīng)用最廣泛的蓄電池儲能裝置之一。廣泛應(yīng)用于電動汽車儲能系統(tǒng)和新能源發(fā)電。其制造技術(shù)成熟，可以大規(guī)模生產(chǎn)，但體積大，充放電電流波動不劇烈，溫度適應(yīng)性不高，環(huán)境污染大。由于當前全球?qū)沙掷m(xù)發(fā)展的追求，鉛酸電池將逐漸被其他高性能電池所取代。鉛酸蓄電池可以提供KW到MW級別的電功率，達到70%以上的效率，價格低廉。然而，在反應(yīng)過程中，硫酸鉛會逐漸積聚在極板表面，從而降低其循環(huán)壽命。此外，充電過程中可能會產(chǎn)生氫氣，存在爆炸的潛在風險，這限制了鉛酸蓄電池的發(fā)展。應(yīng)避免蓄電池充電電流過小，否則不利于內(nèi)部化學反應(yīng)的發(fā)生。其次，鉛酸蓄電池經(jīng)過放電循環(huán)后，確保蓄電池充滿電，這有利于蓄電池的維護，不然會產(chǎn)生電池內(nèi)部硫酸鹽化的問題，導致電池使用時間減短。（二）鋰系電池最近幾年來用的較為廣泛的電池是鋰離子電池，不僅充電速度快而且能量密度高，未來發(fā)展?jié)摿Υ螅壳?，它在運輸系統(tǒng)中被頻繁使用。含有鋰的材料通常是正極，碳是負極。鋰離子在正負電極之間來回移動以達到工作的目的，在充放電過程中發(fā)生內(nèi)部氧化還原反應(yīng)。鋰離子電池具有體積小、重量輕、能量密度高、使用壽命長等優(yōu)點，在短時間內(nèi)可以輸出比較大的功率，但其具有安全隱患的缺點，在一些場合如果使用不得當容易發(fā)生爆炸。磷酸鐵銼、鉆酸銼、錳酸銼、鎳鉆錳和鎳鉆鋁三元材料等電池目前在銼離子電池領(lǐng)域被廣泛應(yīng)用。其中，磷酸鐵銼電池因其使用壽命長、安全性好、成本低的優(yōu)點而廣泛應(yīng)用于電動汽車和大型儲能領(lǐng)域。鉆酸銼電池具有較高的能量密度，但制造成本也比較高，主要用于消費類電子產(chǎn)品。錳酸銼電池成本低，但穩(wěn)定性差，它通常用于低端電動汽車產(chǎn)品、電動工具和小型儲能電站。鎳鉆錳三元材料電池穩(wěn)定性好，循環(huán)壽命高，成本低。它是一種很好的儲能電池，用于電動汽車、電動工具和大型電站。（三）液流電池液流電池，又稱電化學液流電池或氧化還原液流電池，這是一種結(jié)構(gòu)獨特的大規(guī)模電化學儲能技術(shù)。液流電池由電堆模塊、電解液及其儲存和供應(yīng)模塊以及控制和管理模塊組成。流動電解質(zhì)是液流電池的活性物質(zhì)。其正電解質(zhì)和負電解質(zhì)分開儲存，不干擾循環(huán)工作。更方便的是，人們可以通過增加電解液來提高儲能能力，通過增加電堆的數(shù)量和體積來提供輸出功率，這使得它非常適合發(fā)電廠和新能源領(lǐng)域的大規(guī)模儲能應(yīng)用。在充放電過程中，液流電池只改變電解液中活性離子的價態(tài)，不產(chǎn)生物質(zhì)相變。因此，充放電速度快，循環(huán)使用壽命長。缺點是，與銼離子電池相比，其能量密度通常較低。因為液流電池有優(yōu)異的性能和潛在的廣泛應(yīng)用前景，以至于包括美國、中國、日本等國在內(nèi)的全球眾多科研機構(gòu)，都對液流電池進行了更加深入的研究，并且還成功研發(fā)出了一系列液流電池。電解質(zhì)活性物質(zhì)的種類大致可分為全釩液流電池、鋅-嗅液流電池、鐵-銘液流電池、鐵鋪太液流電池、聚硫-I臭液流電池等。目前，全釩液流電池的研究最為深入，在技術(shù)層面上已滿足產(chǎn)業(yè)化的要求。電解液中只有一種金屬釩離子，采用水溶液作為電解液，正負極電解液無交叉污染，循環(huán)壽命長，使用安全，電解液易于再生和回收，對環(huán)境沒有危害。結(jié)論現(xiàn)在正處于全球能源短缺的時代，隨著社會對能源的需求日益增加，環(huán)境的保護逐漸進入大眾視線，由于傳統(tǒng)能源所剩無幾，新能源的開發(fā)刻不容緩，由此新能源開發(fā)的發(fā)展前景非常好。其中儲能技術(shù)在新能源開發(fā)項目中占據(jù)著尤為重要的地位，承擔著增強系統(tǒng)穩(wěn)定性等責任。通過對各種儲能技術(shù)的分析，本篇文章闡述了儲能產(chǎn)業(yè)在電力建設(shè)中的重要作用和巨大發(fā)展前景。儲能是未來新能源發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)之一。以電化學儲能為代表的大規(guī)模儲能技術(shù)在風力發(fā)電、光伏發(fā)電、光熱發(fā)電和電網(wǎng)調(diào)峰調(diào)頻等領(lǐng)域得到了高度重視和廣泛應(yīng)用。在技術(shù)層面，鉛酸電池、鋰系電池、液流電池和鈉流電池各有其顯著的特點，近年來取得了長足的進步。然而，根據(jù)新能源存儲市場對高能量密度、大規(guī)模和低成本的總體要求，這些化學電池仍需要嘗試有效的技術(shù)突破，才能有機會實現(xiàn)大規(guī)模工業(yè)應(yīng)用。要進一步加強相關(guān)技術(shù)研究，有效推動其產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用，在未來智能電網(wǎng)、可再生能源接入、分布式發(fā)電、微網(wǎng)和電動汽車發(fā)展中發(fā)揮重要作用。參考文獻1.郝亮,朱佳佳,丁兵.電化學儲能材料與技術(shù)研究