最近发表在《杂志》上的论文能量回顾了氢存储系统和电池的最新发展。
学习：电池和氢存储：技术分析和商业修订，以选择最佳选择。图片来源：nexusby/shutterstock.com
背景
当前，氢存储系统和电池是存储能源的最可行选择。根据储能应用，这两种储能方法要么被视为互补或替代技术。
电池需要较低的维护，易于操作，并且具有较高的能源能力，而氢存储系统具有更好的重量和容量密度。但是，氢存储系统需要低温或高温才能运行。
在这项研究中，研究人员审查了涉及氢存储系统和电池及其商业应用的当前技术，以彻底了解这些储能技术的演变。
常规的公用电源存储路径。图片来源：Andújar，J.M。等人，Energies
电池
常规电池，熔融盐电池，氧化还原流量电池和最新的金属空气电池是用于储能的主要电池技术。
常规电池技术
常规的电池，例如锂离子（锂离子），镍 - 卡德蒙（NI-CD）和铅酸电池，在几种商业应用中广泛使用。在所有常规的电池中，都会发生氧化还原反应，其中一个电极释放用于在外部电路中供应负载然后携带到另一电极的电子。
尽管铅酸电池用于混合动力汽车（HEV），潜艇和飞机中，但这些电池的功率性能和特定能量都有几个问题。与铅酸电池相比，Ni-CD电池需要较低的维护，因为它们具有较高的耐腐蚀性。
这些电池目前用于便携式电子应用中。但是，高初始成本和使用有毒材料生产Ni-CD电池是使用该电池技术的主要挑战。亚博网站下载
可充电锂离子电池是最有效的传统电池技术，其使用寿命相对较长。这些电池通常用于电子和医疗设备，例如起搏器。但是，李是一种昂贵的材料，其生产在地理上是不可持续的，因此需要开发合适且更便宜的替代品，例如具有与锂离子电池相似的能量容量的钠电池。
锂离子电池的生命周期范围为1000-10,000，而铅酸电池和Ni-CD电池的生命周期分别为500-2500和2000-2500。此外，与其他常规电池相比，锂离子电池还显示出更高的往返效率，并且具有最高的特异性能量。
熔融盐电池
熔融盐电池的运行，例如硫磺电池和斑马电池，取决于在260°C下的钠离子电导率超过0.2 s/cm。因此，这些电池通常用于温度从270°C到350°C的应用中。
在斑马和硫钠电池中，由氧化铝制备的陶瓷电解质（β -al2o3）转移负电极和正极之间的钠离子。熔融盐电池表现出高效率，这是由于没有电荷损失，并且适用于电动汽车中的应用。
此外，与常规电池相比，它们具有更高的特异性能量和寿命。但是，熔融盐电池中高工作温度的需求是一个主要的劣势，因为它降低了电池效率并产生了自放电问题。
硫磺电池的生命周期范围为2500-4500，而斑马电池的生命周期为2600-4000。此外，与斑马电池相比，钠硫电池具有更高的往返效率，并且具有更具体的能量。
氧化还原流量电池
在氧化还原流量电池中，反应物溶解在电解质溶液中，并存储在外部储罐中。随后，使用泵等其他平衡设备来使储存的电解质流动。这些电池的寿命不受放电深度作为常规可充电电池的影响，这是一个主要优势。
锌溴化锌（ZNBR）电池，钒（VRB）电池和铁铬（ICB）电池是目前用于储能应用的主要氧化还原电池。其中，在VRB中，生命周期最高，而在ICB和ZNBR中，往返效率和特定能量分别最高。
氧化还原流量电池的细胞配置（“ ME”是指溶解在电解质溶液中的反应物）。图片来源：Andújar，J.M。等人，Energies
金属空气电池
开发了金属空气电池以实现具有较高特异性的电池，需要较低的维护。这些电池由一个开放的电池结构组成，一侧有锌/LI电极，另一侧有氧气电极。
锌空气电池和Li-Air电池是突出的二次金属空气电池。尽管这些电池具有很高的潜力，但空气阴极和金属阳极的几个问题以及电池的短寿命使它们不适合实际应用，例如电化学能量存储或电动汽车。
在四种电池技术中，常规电池显示出最大的往返效率，而金属空气电池和氧化还原电池分别具有最高的特定能量和生命周期。
氢存储系统
与其他化石燃料相比，由于其较高的较低加热值（LHV）为120 mJ/kg，氢被用作能量载体。但是，在环境温度和压力下，低容量密度为0.0899 g/l的氢是使用氢存储系统的主要缺点。
密度大大低于美国能源部（DOE）和欧盟（EU）设定的氢存储的体积密度目标。开发了几种技术，例如压缩氢存储，液体氢储存和金属氢化物储存，以实现储存氢所需的容量密度。
压缩氢存储
当前，压缩氢存储是最常用的氢储存方法。在这种方法中，氢气在金属复合储罐中的特定压力下加压。根据使用氢和油箱的使用，压力的范围从200栏到700 bar。
该方法可用于经常和反复排放并在水箱中充电长达20年。通常使用较高的压力来实现接近液体氢/ 70.8 GL的压力密度-1。
与II型和I型罐相比，IV型和III型油箱被广泛用于储存氢，其抗疲劳性，轻巧和较高的名义工作压力为350至700 bar。
因此，这些坦克通常用于工业目的或汽车领域。压缩氢存储可以用作公共汽车和汽车中的小规模储能，也可以用作微电网中的存储系统。
液体氢存储
尽管可以在液体氢储存技术中获得相当高的71 g/L的体积密度，但处理沸腾比，这可能是每天储存的总液体氢的0.1-0.2％，这是一个重大挑战。
此外，必须达到33 K的氢临界温度以获得液体氢，从而进一步增加了该方法的复杂性。液体氢存储已经用于海洋应用和航空航天工程作为温度传感器。
金属氢化物存储
在环境温度和压力下，金属氢化物可以用作不同应用中的氢存储材料。亚博网站下载在这种方法中，金属氢化物吸收固态氢分子形成金属氢化合物，其中氢被紧凑地分布在整个金属晶格中。
该反应在一定温度和压力下作为平衡状态存在，并且可以根据要求逆转。金属氢化氢存储系统的最大往返效率为98.94％。
镁，钒，铁，铬，锡，锰，铝，钴和镍可以与这种存储方法中的氢结合。金属氢化物存储可用于多种移动和固定应用中，例如铁路，汽车和热量存储。
复杂的氢化物存储
复杂的氢化物主要是由阳离子组成的固体离子，该离子由阳离子共价键与以氮，硼或铝为中心的复杂阴离子基团组成，并含有氢。金属氢化物分解发生在高温下，而水合反应发生在高压下。
基于所使用的材料，该储存技术的重量和容量密度不同。例如，当使用硼烷储存氢时，获得了高重量和大量密度。但是，加油过程中的热管理问题是该方法的主要缺点。
其他氢存储方法
尽管其他氢储存方法（例如物理吸附和碱度 +水）具有巨大的潜力，但这些方法并未在商业应用中广泛使用。
在讨论的商业氢存储技术中，复杂的氢化物储存和压缩氢存储分别显示出最高的容量密度和往返效率。此外，复杂的氢化物存储和液体氢存储都具有最高的生命周期。
碱+h2o物理过程。图片来源：Andújar，J.M。等人，Energies
结论
在分析了两个主要的绿色储能系统之后，研究人员得出结论，氢存储系统将来可以有效地补充不同商业应用中的电池。例如，氢可以用作可再生能源的能源生成植物作为长期存储系统，而电池可以用作中型和短期存储解决方案。
来源
Andújar，J.M.，Segura，F.，Rey，J。等。电池和氢存储：技术分析和商业修订，以选择最佳选择。能量2022。https://www.mdpi.com/1996-1073/15/17/6196
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