电池
你知道亚历山德罗·沃尔塔的名字吗发明了第一块电池在1800年被称为伏打堆?!在日常生活和许多行业中都有几种类型的电池,电池在可再生能源和电动汽车中变得越来越重要,这是气候科学和清洁能源领域的两项关键创新。
电池的基本结构和功能。图片来源:Climable.org
所有的电池,无论是车内的还是烟雾探测器上的,基本原理都是一样的;它储存化学能并将其转化为电能电化学)。电池是通过电流来实现的电化电池它包含两个称为阳极和阴极的终端,以及位于两个终端之间的称为电解质的化学介质。阴极和阳极由半透性屏障隔开。电池连接到一个外部电路它是通过电子向电化学电池提供能量的传输线。电化学电池和电路都需要在电池中存储和释放能量。电子在电路中移动,离子在电解质中移动。当电子从阴极移动到阳极时,电解质的化学势能增加,从而为电池充电。如果电子以相反的方向运动,从阳极到阴极,这种能量就在电路中转化为电能,电池就能工作了。当电池充满电时,电路可以断开,电池准备在以后的时间使用。
电动汽车(ev)越来越受欢迎,因此,对高效电池的需求也在增加,为这些汽车和卡车提供动力。电动汽车不需要汽油驱动的内燃机,而是用储存在电池里的电力充电,由电动机驱动汽车。电动汽车之所以受欢迎,是因为它们不会产生尾气排放。为了给电动汽车充电,发电厂可能会产生排放,但随着可再生能源的不断发展,电动汽车将实现零排放.电池也使电动汽车更受欢迎,因为它们不需要汽油,所以在首次购买后还可以节省额外的费用:驾驶电池电动汽车可以为司机节省大约每年700美元的汽油费.
电池技术也在不断发展,以便为可再生能源提供能量存储解决方案(查看我们的网页188betcom ,太阳能,188beat365体育 ,水电了解更188BET平台多关于这种类型的能量!)。因为太阳并不总是照耀着,风也不总是吹着,所以需要储存可再生能源产生的额外能量。连接到可再生能源发电机的电池储存多余的能量,以便在多云或无风的天气无法产生可再生能源时使用。
在夏威夷的考艾岛,AES Lawa 'i太阳能项目有一个100兆瓦时的电池储能系统,与太阳能光伏系统配对。图片来源:AES分布式能源
用于可再生能源的电池存储正在迅速增长。根据美国能源情报署(EIA)在美国,与电池共存的太阳能和风能发电设施的数量已从2016年的19个增加到2019年的53个,另有56个可再生能源和电池存储设施计划在2023年底前投入运营。到2025年,估计会有7.5千兆瓦的能量存储在美国,单个电池的规模(约200兆瓦)也达到了这一水平允许可再生能源取代典型的燃气发电机.随着这些趋势的持续,电池存储将成为从化石燃料转向可再生能源的关键角色。
锂离子与铅酸电池;每公斤150瓦时的比较。图片来源:Climable.org
锂离子电池
锂离子电池是电动汽车和可再生能源存储系统中最常见的电池类型,它们也可以在笔记本电脑和手机中找到。锂离子电池最早出现在20世纪70年代,后来在1991年索尼的录像机上普及开来。在锂离子电池中,阳极和阴极都含有锂离子,并且离子在阳极和阴极之间发生相同的运动。
这些电池是独特而受欢迎的,因为它们的高能量密度,这意味着它们可以在一个较小的电池中存储大量的能量。锂离子电池还可以为电动汽车等大功率应用提供高达3.6伏的电力,这是镍镉电池和镍氢电池等其他电池的3倍。与其他可充电电池相比,它们也更轻、更紧凑。
在过去的10年里,锂离子电池的产量激增,导致电池价格下降了85%,这使得电动汽车的生产和可再生能源的储存在经济上变得可行。
到2030年,随着需求的持续飙升,锂离子电池的价格将大幅下降。图片来源:CNBC
环境影响
虽然电池对减少二氧化碳排放和应对气候变化至关重要,但它们并非没有缺陷。开采锂需要每吨锂需要50万加仑的水.此外,锂离子电池很难回收,尽管有些公司正在努力这样做!锂阴极不能重复使用因为它们会随着时间的推移而退化,所以一旦电池需要更换,这通常是必需的电动汽车每8年更新一次当锂丢失时,就需要新开采的锂来制造另一个电池。忧思科学家联盟还发现,制造一辆电动汽车会产生大约排放量增加15%因为生产锂离子电池需要能源,而锂离子电池仍然主要由化石燃料提供动力。随着可再生能源的增长,这些排放将会减少,但就目前而言,电池生产本身也会产生排放。
锂离子电池是目前业界最流行的可充电电池,但为了找到最高效、最持久、最环保的解决方案,人们不断探索和开发新技术。新兴电池技术的几个例子包括:
- 氧化还原液流电池利用液体储存电化学能量。典型电池中的电解质位于电化学电池外部的储罐中,溶液被泵入电池中。它们在结构和功能上非常相似188beat365 .
- 压缩空气储能是一种将电能转化为高压冷凝空气的系统,这种空气可以在稍后的时间释放出来,为涡轮机提供动力并发电。
- 来自电池利用物理原理将能量储存为重力势能。当电产生时,大质量物体被移动到更高的地方,这些电给电池充电,并以重力势能的形式储存起来。当能量准备好使用时,降低重量,将重力势能转化为动能。
随着可再生能源和电动汽车继续引领能源转型,看到电池技术的发展和演变将是令人兴奋的!
上图中描述的电池的大小在很大程度上取决于它们不同的用途。这些图片展示了从电动汽车到单户住宅和工业建筑中使用的电池。
图1:标准的全电动汽车电池。图片来源:美国能源部;图2:特斯拉Powerwall。图片来源:丹尼斯·施罗德;图3:4兆瓦电池安装在施韦策工程实验室。图片来源:UniEnergy技术