电池行业应保持理性，关注可靠性、经济性、寿命和安全性

电池行业应保持理性，关注可靠性、经济性、寿命和安全性

电池领域的突破性进展受到许多人的称赞，各种新型超级电池也纷纷面世，以吸引媒体和消费者的关注。然而，电池行业应该保持理性。本文将通过关注电池的可靠性、经济性、寿命和安全性，帮助大家了解电池的众多功能及其局限性。

拖拉机电池

轮椅、摩托车和高尔夫球车大多使用铅酸电池。虽然铅酸电池很重，但性能相当好，只需稍加调整即可转换为其他系统。

尽管锂离子电池比铅酸电池更贵，但由于使用寿命更长，因此循环成本更低，而且与铅和镍电池相比，锂离子电池的另一个优势是维护成本低。锂离子电池可以在任何充电状态下使用而不会产生不良影响，而镍镉电池 (NiCd) 和镍氢电池 (NiMH) 偶尔需要完全放电以防止产生记忆，铅酸电池则需要饱和充电以防止硫酸化。

此外，叉车也使用铅酸电池。对于叉车来说，较长的充电时间对仓库来说并不好，因为它们每天 24 小时运行。一些叉车还配备了燃料电池，以便在车辆行驶时为电池充电。尽管燃料电池的功率输出较差，但其需求也在缓慢上升。

事实上，理论上，轮式机械车辆越重，电池应用就越不合适，但这并不妨碍工程师们研究大型电池系统来取代污染严重的内燃机。例如，船舶港口的自动导引车（AGV）系统。AGV 每天 24 小时运行，车辆无法受到较长充电间隔的束缚。这是因为锂离子电池部分解决了这一问题。这种更轻、充电速度更快的电池取代了 10 吨重的超大型铅酸电池，但由于重量、充电时间和基础设施限制，超大型电池仍具有一定的局限性。

目前对于大型牵引系统尚无经济的电池解决方案，而燃烧化石燃料是无法完全避免的事情。现代锂离子电池可以提供约 150Wh/kg 的能量，而化石燃料的净热值 (NCV) 超过 100Wh/kg。从这个角度来看，电池的能量与化石燃料相比可以忽略不计。但应该承认，在节能减排的趋势下，电池的应用仍将增长。

电池航空

飞机上的电池的职责是在辅助动力装置（APU）关闭或飞行过程中出现紧急情况时为导航和应急系统供电。此时电池为刹车、地面操作和启动APU提供电力。如果发动机发生故障，电池必须能够提供30分钟到3小时的能量。每架飞机必须有足够的电池电量才能安全降落。飞行过程中，电力由发电机提供，必要时可以断开机载电池。

大部分商用客机使用镍镉电池，小型飞机一般使用铅酸电池。虽然铅酸电池比镍镉电池重，但所需维护也较少。现代喷气式战斗机使用锂离子电池来启动喷气发动机，波音 787 梦想飞机也是如此。随着机载功能从液压转向电动，飞机需要更大的电池。高能量密度的锂离子电池比镍镉和铅酸电池更能满足这一需求。然而，锂离子电池的意外故障可能会造成严重后果，促使飞机制造商重新使用镍镉电池。不可否认，所有电池都可能出现故障。事实上，曾有镍镉合金出现热故障的报道。此外，许多公司过分追求锂离子电池能量密度，而忽视安全性，也是电池故障的最重要原因。

虽然飞机上有许多不同的电池，但它们的唯一用途是启动发动机并在发动机关闭时提供备用电源。大型飞机将继续使用化石燃料飞行，因为电池还不能用于推动发动机。小型电池供电飞机正在尝试用于飞行员训练和短途飞行，但目前还处于试验阶段。

卫星电池

如今，锂离子电池已成为卫星的首选电池；它们重量轻、易于充电、耐用、循环良好、自放电率低，并且几乎不需要维护。

好奇号火星探测器采用特殊设计的锂镍氧化物电池（），组成8S2P结构（8块电池串联，2块并联），只需部分充电和放电即可延长寿命。NASA预计锂离子电池的使用寿命为7年，循环寿命为3.7万次，而国防部的锂离子电池使用寿命仅为40%至60%。NASA实验室透露，寿命的终结与阳极SEI层的增长、阴极材料的损失、导电通路的损失、金属锂的镀层以及电解质的氧化有关。据了解，大型140Ah锂离子电池正在开发中，其使用寿命预计可达18年。

固定电池

储能电池的选择不能单纯以价格为依据，一般来说，铅酸电池适用于只需要偶尔放电的工作，液流电池和钠硫电池适用于需要集中放电的大型系统，锂离子电池适用于每天需要多次快速充电和短时间放电的中小型系统。

传统上，固定电池一直是铅酸电池，因为对电池的尺寸和重量要求不是很严格，并且铅酸电池的循环次数有限，在很少放电的情况下不会造成问题。

暴露在高温和低温下且需要深度循环的应用通常使用镍镉电池。这种电池比铅酸电池更坚固，但成本大约是铅酸电池的四倍。镍镉电池是唯一一种可以快速充电且压力最小的电池。

然后是锂离子电池。锂离子电池有很多优点，但它们在低温下的性能不如镍镉电池和铅酸电池。另一种正在重新回到固定用途的电池是镍铁电池。发明家托马斯·爱迪生推广了电动汽车的镍铁电池，但由于成本高、自放电率高，它们最终输给了铅酸电池。现在电池的改进已经消除了它的一些缺陷，其卓越的耐用性重新引起了人们的兴趣。

储能系统（电网电池）

风能、太阳能等可再生能源无法提供稳定的能量流，也无法始终与用户需求相协调，因此需要大规模储能系统（ESS）为其提供无缝服务。

近年来，从煤炭、石油到可再生资源的储能系统（ESS）增长强劲。预计到2021年，仅南非的ESS安装量就将达到。使用的电化学电池包括液流电池、锂离子电池、铅酸电池等。

铅酸电池与锂离子电池的比较

很多储能电站逐渐转向锂离子电池，因为锂离子电池占用空间小、维护成本低、使用寿命长、负载均衡等特点。不同于铅酸电池，锂离子电池不会因定期充满电而产生硫酸盐化现象。锂离子电池还具有重量轻、便于在偏远地区安装等优点。它的缺点也很明显，那就是价格高、低温性能差。目前价格问题已经大幅下降，未来几年还将继续下降，但由于无法在零度以下充电，低温性能差的问题仍需解决。

电池管理系统 (BMS) 将电池电量保持在 50% 左右，以吸收强风产生的能量并满足高负载需求。现代 BMS 可以在不到一秒的时间内从充电切换到放电。这有助于稳定输电线路上的电压，也称为频率调节。