Introducción completa al almacenamiento electroquímico de energía: definición, componentes y tipos
En la actualidad, existen dos tecnologías principales de almacenamiento de energía, a saber, el almacenamiento de energía eléctrica de litio, representado por la batería de litio hierro fosfato, y el almacenamiento por bombeo, con la tecnología más madura, la mayor escala de uso y el menor coste.
Las nuevas tecnologías de almacenamiento de energía, como la batería de iones de sodio, la batería de flujo de todo vanadio y el almacenamiento de energía de combustible de hidrógeno, han empezado a despegar y han acelerado su disposición comercial. Este artículo presenta el almacenamiento electroquímico de energía desde varios puntos de vista: definición, componentes, tipos, etc.
Qué es el almacenamiento electroquímico de energía
El almacenamiento electroquímico de energía se refiere a la tecnología y las medidas de almacenamiento de energía que utilizan baterías químicas para almacenar energía eléctrica y liberarla cuando sea necesario. Según el tipo de tecnología, el almacenamiento de energía puede dividirse en almacenamiento de energía electroquímica, almacenamiento de energía mecánica, almacenamiento de energía electromagnética, almacenamiento de energía química, almacenamiento de energía térmica, etc.
Entre ellas, el almacenamiento electroquímico de energía tiene las ventajas de la alta densidad energética, la gran madurez tecnológica, la larga vida útil y la economía a largo plazo, y es la tecnología de almacenamiento de energía con mayor potencial.
En la actualidad, la tecnología de almacenamiento de energía electroquímica es la dirección clave del desarrollo, y las baterías de iones de litio, el las mejores pilas recargablesson el centro del desarrollo de la tecnología de almacenamiento electroquímico de energía. La aplicación a gran escala de la tecnología de almacenamiento de energía electroquímica debe cumplir tres requisitos básicos:
- Alta seguridad
- Alto rendimiento económico
- Baja contaminación
Composición del sistema electroquímico de almacenamiento de energía
El sistema electroquímico de almacenamiento de energía se compone principalmente de la batería, el sistema de gestión de la batería (BMS), el sistema de gestión de la energía (EMS) y el inversor de almacenamiento de energía (PCS).
Batería
Según los requisitos, la densidad energética de la batería de almacenamiento de energía es superior a 145 Wh/kg, y la densidad energética del paquete de baterías es superior a 110 Wh/kg. La vida útil del ciclo es superior a 5.000 veces y la tasa de retención de la capacidad superior a 80%. La tecnología actual de almacenamiento de energía electroquímica, especialmente la tecnología de almacenamiento de energía en baterías de litio, ha entrado en un nuevo ciclo revolucionario.
Han surgido uno tras otro nuevos productos y tecnologías, como células de gran tamaño, alta tensión, refrigeración por agua/refrigeración por líquido. El sistema de almacenamiento de energía sigue evolucionando hacia la gran capacidad. Al mismo tiempo, la batería de iones de sodio puede ocupar un lugar en el futuro en virtud de su ventaja de costes.
En términos de coste, el coste del pack de baterías representa la mayor proporción, con unas 70% del total del sistema de almacenamiento de energía electroquímica, seguido del inversor de almacenamiento de energía y del sistema de gestión de baterías, con unas 10% cada uno.
En términos de función, el pack de baterías suele estar compuesto por múltiples módulos de baterías en paralelo, y cada módulo de batería está compuesto por múltiples células eléctricas en serie o en paralelo, que es el núcleo del sistema de almacenamiento de energía electroquímica y es el principal responsable del almacenamiento y la liberación de energía eléctrica en el sistema de almacenamiento de energía.
Sistema de gestión de baterías
Supervisa principalmente varios datos durante el proceso de carga y descarga del pack de baterías, como la temperatura, la corriente, la tensión y el estado de carga (SOC), y envía señales de alarma cuando los datos son anómalos, para garantizar el funcionamiento seguro y estable del sistema de almacenamiento de energía.
Sistema de gestión de la energía
Se compone principalmente de funciones básicas y funciones de aplicación. Las funciones básicas se refieren al ordenador, el sistema operativo, el sistema de apoyo EMS, etc. Las funciones de aplicación incluyen la adquisición de datos, el análisis de datos, la supervisión de la red y la programación de la energía.
Inversor de almacenamiento de energía
El inversor de almacenamiento de energía está compuesto por un convertidor bidireccional CC/CA, una unidad de control, etc. Puede controlar la carga y descarga de la batería, y es responsable de la conversión de CA y CC. En la actualidad, el sistema de almacenamiento de energía en baterías adopta principalmente PCS centralizados, y la conexión en paralelo de múltiples baterías provocará el desequilibrio entre los grupos de baterías.
Después de mucho tiempo, la producción real de algunas baterías del clúster de baterías de conexión en paralelo será insuficiente, mientras que la otra parte superará la tasa de utilización; El PCS de cadena puede lograr la gestión a nivel de clúster, mejorar la vida útil del sistema y mejorar la capacidad de descarga durante todo el ciclo de vida. Se ha reflejado la tendencia de la aplicación a gran escala.
¿Cuáles son los tipos de tecnologías de almacenamiento electroquímico de energía?
En la actualidad, la batería de iones de litio y la batería de plomo-ácido son las aplicaciones comerciales más maduras, mientras que la batería de iones de sodio, la batería de iones de zinc con sistema de agua, la batería de flujo líquido y otras tecnologías electroquímicas emergentes de almacenamiento de energía se encuentran aún en una fase temprana de desarrollo.
Batería de iones de litio
Se compone de polo positivo, polo negativo, separador, electrolito y envolvente de la pila. El material del polo positivo determina directamente la capacidad de la batería y es el material más crítico. Las baterías de iones de litio se dividen principalmente en baterías de cobalato de litio, baterías de manganato de litio, níquel cobalto manganeso batería ternaria de litio y batería de litio hierro fosfato según los distintos materiales del cátodo.
Batería de iones de sodio
La energía se almacena mediante la intercalación y desintercalación de iones de metales alcalinos en los materiales de los electrodos positivo y negativo. El radio iónico del ion sodio es mayor que el del ion litio, la masa atómica relativa es mayor y la capacidad específica teórica es menor. Sin embargo, sus recursos de materia prima son ricos, y el coste es sólo 1/70 del litio.
Dado que el sodio y el aluminio metálico no sufren reacción de aleación a bajo potencial, también puede utilizarse papel de aluminio barato y ligero como colector negativo de la batería de iones de sodio, con lo que se reduce aún más el coste de material de la batería y se mejora la densidad de energía.
Sistema de agua pila de iones de zinc
La nueva pila secundaria con zinc metálico como electrodo negativo supera las desventajas de la pila orgánica de litio y la pila de plomo-ácido tradicionales, como su alta toxicidad, inflamabilidad, baja vida útil y alto coste de producción. Puede seguir proporcionando un suministro de energía estable con gran seguridad. La densidad energética de la pila de iones de zinc es de 250 Wh/kg, comparable a la de la pila de iones de litio.
Batería de flujo líquido
Una nueva tecnología de almacenamiento de energía electroquímica a gran escala que puede almacenar y producir energía eléctrica mediante el cambio de estado reversible de sustancias activas líquidas. Existen muchos tipos de batería de flujo líquido, como la batería de flujo líquido de ferrocromo, la batería de flujo líquido de zinc-bromo y la batería de flujo líquido de vanadio, entre las cuales la batería de flujo líquido de vanadio es la más madura.
Batería metálica de aire
Una pila de combustible especial que genera energía eléctrica mediante la reacción de oxidación y reducción entre el metal y el oxígeno del aire. Las principales pilas de metal-aire son las pilas de litio-aire, las pilas de aluminio-aire, las pilas de magnesio-aire, etc. El electrolito de la pila de aluminio-aire es electrolito de agua, que no presenta riesgo de explosión y tiene buenas prestaciones de seguridad.
Los iones de aluminio generados durante la descarga de la batería se combinan con iones de hidróxido para formar precipitación, que puede reciclarse. Cuando se agota la energía de la batería, sólo es necesario sustituir el electrolito de agua y el bloque metálico de aluminio para seguir utilizándola, lo que elimina la molestia de la carga a largo plazo.
Batería de plomo-carbono
La batería de plomo-ácido capacitiva mejorada a partir de la batería de plomo-ácido tradicional tiene las ventajas de la supercapacidad, la alta potencia y el ciclo largo, pero también conserva la alta densidad energética de la batería de plomo-ácido añadiendo carbón activado con propiedades capacitivas al ánodo de espuma de plomo.
Cadena industrial del almacenamiento electroquímico de energía y principales empresas
La cadena de la industria de almacenamiento de energía electroquímica, al igual que otras industrias, se compone de fases anteriores, intermedias y posteriores. Y un gran número de empresas de baterías de almacenamiento de energía hacer bien las cosas en este campo.
Aguas arriba
La cadena de la industria de almacenamiento de energía electroquímica se compone principalmente de diversos proveedores de materias primas, como materiales para electrodos catódicos y anódicos, electrolitos, separadores de baterías, componentes electrónicos, materiales auxiliares especiales, etc.
Según las estadísticas, las empresas ascendentes de la cadena de la industria de almacenamiento de energía electroquímica incluyen principalmente: Ronbay Technology, Tianqi Lithium, BTR, Shanshan, BYD, CATL, etc.
Midstream
La parte intermedia de la cadena de la industria de almacenamiento de energía electroquímica son principalmente los fabricantes de integración e instalación de sistemas de almacenamiento de energía, incluidos el paquete de baterías, el sistema de gestión de baterías (BMS), el sistema de gestión de energía (PMS), el inversor de almacenamiento de energía (PCS), el sistema de hardware, el sistema de software y otros equipos eléctricos.
Según las estadísticas, las empresas de la parte media de la cadena de la industria de almacenamiento de energía electroquímica son principalmente: CATL, BYD, GOLD ELECTRONIC, Kgooer, Xieneng, SUNGROW, NARADA, Pylon Tech, EVE, HIGEE, HiNa Battery, etc.
Aguas abajo
La cadena de la industria de almacenamiento electroquímico de energía abarca principalmente varios escenarios de aplicación específicos, incluyendo el lado de la generación de energía, el lado de la red y el lado del usuario, como las centrales eléctricas de nueva energía, las estaciones base de comunicaciones, los centros de datos, las centrales eléctricas tradicionales, las empresas de redes eléctricas, el almacenamiento de energía industrial y comercial, el almacenamiento de energía doméstica, etc.
Según las estadísticas, las empresas de la cadena de la industria de almacenamiento de energía electroquímica incluyen principalmente a Millet, CATL, BYD, State Grid, China Southern Power Grid, Great Power, etc.
