储能技术的应用潜力和前景

2023-06-22 理论教育版权反馈

【摘要】：我们在前面已经提及了与储能相关的燃料电池的几个要点，现简述如下：1）将电解槽和燃料组合在一起，构成一台可实际运行的装置，即燃料电池。2）用电和储能可同时进行。3）与其他制氢方式的结合赋予了燃料电池储能系统的更大灵活性。这意味着，不规则的使用要求是电池过早老化之源。相反，储能应用对燃料电池需求就相对要少得多，因为我们几乎都会或多或少地通过调整储能运行策略来满足燃料电池的运行需求。

我们在前面已经提及了与储能相关的燃料电池的几个要点，现简述如下：

1）将电解槽和燃料组合在一起，构成一台可实际运行的装置，即燃料电池。

2）用电和储能可同时进行（这不同于纯粹的电化学二次电池）。

3）高温燃料电池释放的热可提供给电解槽使用，总体效率增加（否则在25%左右）。

4）残余热经热电转换可进一步提高系统效率。现将燃料电池用做储能的几点优势罗列如下：

1）既没有质量和体积限制，也没有机动性或续驶里程限制（车载蓄电池就存在这样的问题），这会让储能系统实现起来更便宜，也更容易。

2）类似成本下，燃料电池的储能容量比其他二次电池高很多，仅受储氢容器限制。

3）与其他制氢方式（如生物质能源）的结合赋予了燃料电池储能系统的更大灵活性。

4）不损害环境，利于持续发展。

我们要讨论的最后一点是燃料电池的运行管理问题，以及运行管理与燃料电池寿命的关系。燃料电池的功能管理可以根据功率需要，也可以根据动态需求；它影响到电池的传导性，而且随着电池的使用，传导性会下降。究其原因，电池运行过程中的离子循环改变了电池的化学成分（生成水、酸碱对、附属离子）和物理成分（相、晶粒、孔、接头），而且这种运转状态远非线性关系所能描述和预测。这意味着，不规则的使用要求（如车辆的频繁起动和停车）是电池过早老化之源。如何改进材料、理解各种失效现象，仍有很长一段路要走。在这种意义上，电动汽车规划是燃料电池发展的一道门槛，它并没有帮助燃料电池快速发展。相反，储能应用对燃料电池需求就相对要少得多，因为我们几乎都会或多或少地通过调整储能运行策略来满足燃料电池的运行需求。我们甚至可以预测，燃料电池会因此加速发展，以至储氢成为未来的储能解决方案。

[1]本章由EricVieil撰写。

[2]一个经常令人困惑的问题是，受粒子物理影响，每摩尔能量（化学势，摩尔自由焓）与能量之间没有明显差异，这好比将电压或者压力与能量混淆起来。——作者注

[3]氢燃机的效率大约为30%。——作者注

[4]根据法拉第术语定义，阳极和阴极来自希腊语（阳极的方向“向上”，是正电荷进入单体的入口；而阴极的方向“向下”，是正电荷的出口）。——作者注

[5]法拉第常数的单位为C/mol，原著中的C/mol^-1应该为笔误。——译者注

储能技术的应用潜力和前景

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