储能材料的现在和未来2电池

储能材料的现在和未来第一页，共五十六页。第二章储能材料简介2.1能量储存的基本原理能量转化及守恒原理是自然界的一个普遍规律——在自然界的各种变化中，能量既不会无中生有，也不会自行消灭，只会从一种形式转化为另一种形式，而转化时总能量是恒定的。

例如，力学中的动能与势能互相转化，电化学中在电池里发生的电能与化学能互相转化、尽皆守恒第二页，共五十六页。能量转换

是指能量从一种形式转化为另一种形式或是从一个物体转移到另一个物体。第三页，共五十六页。能量的形式可以用不同的方法来描述。声能主要是分子前后有规律的运动；热能是分子的无规则运动；重力能产生于分隔物体的相互吸引……尽管各种能量的表现形式大不相同，但是，每种能量都能采用一种方法来测量，这样就能够搞清楚，有多少能量由一种形式转化为另一种形式。不论什么时候，一个地方或一种形式的能量减少了，另一个地方或另一种形式就会增加同样数量的能量。在一个系统中不论发生渐变还是骤变，只要没有能量进入或者离开这个系统，那么系统内部各种能量立和将不发生变化。第四页，共五十六页。电能转化热能电能转化热能一般通过热电阻或热辐射，例如家用的电热炉，是在热阻丝内通过大量电流使热阻丝产生大量热能，通过热辐射传导给周围环境。也可以通过微波装置，使电能转化成微波，通过直接的热辐射转为热能热能转化电能至今为止，人类还没想出很有效率的方法可以让热能直接转化为电能，似乎人类只发明了电能和机械能转化的装置，所以，如果想任何形式能量转换为电能，必须先转换为机械能。但是，有的物质如陶瓷等，在温度变化时可以产生电势差，进而产生微弱电能，但无法用于发电。第五页，共五十六页。PPT内容概述储能材料的现在和未来。是自然界的一个普遍规律——在自然界的各种变化中，能量既不会无中生有，也不会自行消灭，只会从一种形式转化为另一种形式，而转化时总能量是恒定的。机械储能对原材料要求不高，但也有特殊要求，比如抽水蓄能要选址上下都有水库的山，压缩空气储能需要一个大洞，飞轮储能需要磁悬浮材料等等。当所有人都在称赞国外的技术有多牛多牛的时候，有没有人会回过头来看看国内，是不是也有一些技术不错的企业崭露头角。比亚迪光在电池这一块的研发就有一千多人，这数量上是全球规模最大的，同类的日本电池厂商也只有三百到四百的研发人员。或许有一天，储能的成本下降到比电网互联还要低，并且储能材料可以大量获得不受资源约束，届时储能将会大规模的应用，能源输送体系将有巨大的变革，那时将是一场真正的能源革命。尽管这项专利未决的技术还只不过处于原型阶段，但利用它得到的电池产能效率已经可以与一般的AA电池相提并论第六页，共五十六页。碳纤维电暖器是近几年研制的高科技供暖产品，它即将引领家庭供暖的一场革命，也将成为供暖领域的新突破温度升上去，费用降下来。碳纤维电暖器独特的制作方法：碳纤维电暖器材料是采用了应用在航天航空等高科技领域中应用的碳纤维材料，添加远红外线发射剂以特殊的工艺在高温高压等状态下复合而成的发热元件，是一种低功率、高效率、大面积辐射供暖的高新技术产品。碳纤维电暖器发热原理：碳纤维与其他传统的电阻电热材料相比有着独特的电热性能。其发热原理是：在电引发激励的条件下基本粒子在热组件中作高速运动，在其不规则导体面上产生“晶格震动”撞击和摩擦产生热能、穿透介质、释放能量。/view/6545296.htm第七页，共五十六页。机械能转化电能通过切割电磁圈的磁感线，可以使机械能转化为电能。在电机中，机械能和电能可以互逆转换。光能转化电能可以通过光电效应使光照射在金属表面而辐射出电子，通过这种方法，人类设计了太阳能板，太阳能板是通过阳光照射硅晶体的PN结产生空穴电压产生电能的，光能转化电能是相对比较有效的转换方式，并且随着不可再生能源的枯竭，人类越来越重视可再生清洁能源的应用，光能就是最受关注的清洁能源之一。第八页，共五十六页。发电机（英文名称：Generators）是将其他形式的能源转换成电能的机械设备，它由水轮机、汽轮机、柴油机或其他动力机械驱动，将水流，气流，燃料燃烧或原子核裂变产生的能量转化为机械能传给发电机，再由发电机转换为电能。发电机在工农业生产、国防、科技及日常生活中有广泛的用途。1831年10月28日法拉第发明了圆盘发电机MichaelFaraday，1791年9月22日～1867年8月25日）英国物理学家、化学家，也是著名的自学成才的科学家第九页，共五十六页。化学能转化电能通过化学反应使得正电子和负电子分别在阳极和阴极汇聚，其实这也是电池的放电过程。电能转化机械能借助电磁感应效应，人类设计了电机，可以使电能轻松转化为机械能。在电机中，电能和机械能可以互逆转换。第十页，共五十六页。电动机（Motors）是把电能转换成机械能的一种设备。它是利用通电线圈（也就是定子绕组）产生旋转磁场并作用于转子（如鼠笼式闭合铝框）形成磁电动力旋转扭矩。电动机主要由定子与转子组成，通电导线在磁场中受力运动的方向跟电流方向和磁感线（磁场方向）方向有关。电动机工作原理是磁场对电流受力的作用，使电动机转动。

第十一页，共五十六页。化学能转化热能通过可燃物的燃烧，伴随着光能的同时也产生大量热能。热能转化机械能至今人类想到的最好方法，只有通过加热水进而通过水蒸气驱动机械做功，自从瓦特发明蒸汽机以来，人类一直沿用这个方法进行转换。第十二页，共五十六页。JamesWatt1776年制造出第一台有实用价值的蒸汽机第十三页，共五十六页。机械能转化热能机械做功摩擦可以产生热能，但一般效率不高，而且在实际应用中无法通过这样的转化大量提供热能，只作为机械能的能量损耗而已。光能转化热能光能在照射到物体时，自然就会伴随热能的传导，但不同波段的光波导热能力不同。第十四页，共五十六页。光能转化机械能太阳帆，太阳能电池板光能转化化学能植物吸收太阳光进行光合作用光化学反应，光催化反应第十五页，共五十六页。太阳帆（英文名：Solarsails），利用太阳光的光压进行宇宙航行的一种航天器。由于这种推力很小，所以航天器不能从地面起飞，但在没有空气阻力存在的太空，这种小小的推力仍然能为有足够帆面面积的太阳帆提供10－5～10－3g左右的加速度。宇宙一号第十六页，共五十六页。光触媒PHOTOCATALYSIS是光Photo=Light+触媒（催化剂）catalyst的合成词。光触媒是一种在光的照射下，自身不起变化，却可以促进化学反应的物质，光触媒是利用自然界存在的光能转换成为化学反应所需的能量，来产生催化作用第十七页，共五十六页。光触媒于1967年被当时还是东京大学研究生的藤岛昭教授发现。在一次试验中对放入水中的氧化钛单结晶进行了光线照射，结果发现水被分解成了氧和氢。这一效果作为“本多·藤岛效果（Honda-FujishimaEffect）而闻名。由于是借助光的力量促进氧化分解反应，因此后来将这一现象中的氧化钛称作光触媒。这种现象相当于将光能转变为化学能，以当时正值石油危机的背景，世人对寻找新能源的期待甚为殷切，因此这一技术作为从水中提取氢的划时代方法受到了瞩目。光催化水产氢实验系统第十八页，共五十六页。

纳米材料由晶粒1~100nm大小的粒子所组成。粒径极为微细，具有极大的比表面积，且随着粒径的减少，表面原子百分比提高。在表面上由于大量原子配位的不完全而引起高表面能的现象。表面能量占全能量的比例大幅提高，使纳米材料具吸附、光吸收、熔点变化等特性。纳米二氧化钛光触媒是一种在光的照射下，自身不起变化，却可以促进化学反应的物质，就象植物的光合作用中的叶绿素。二氧化钛光触媒在太阳光或室内荧光灯的照射下能产生抗菌、除臭、油污分解、防霉防藻、空气净化的作用。第十九页，共五十六页。第二十页，共五十六页。第二章储能材料简介2.2热力学第二定律热力学第二定律（secondlawofthermodynamics），热力学基本定律之一，其表述为：不可能把热从低温物体传到高温物体而不产生其他影响，或不可能从单一热源取热使之完全转换为有用的功而不产生其他影响，或不可逆热力过程中熵的微增量总是大于零。又称“熵增定律”，表明了在自然过程中，一个孤立系统的总混乱度（即“熵”）不会减小。第二十一页，共五十六页。克劳修斯表述不可能把热量从低温物体传向高温物体而不引起其它变化。开尔文表述不可能制成一种循环动作的热机，从单一热源取热，使之完全变为功而不引起其它变化。熵表述随时间进行，一个孤立体系中的熵总是不会减少。微观意义：一切自然过程总是沿着分子热运动的无序性增大的方向进行。再好的储能材料，储能设备，也不可能违背热力学定律。第二十二页，共五十六页。储能温室greenhouse.avi第二十三页，共五十六页。第二章储能材料简介2.3未来的世界取决于储能材料的发展

储能的内涵储能即储存能源，这个能源可以是热能、电磁能、机械能、化学能等，人类已找到了可储存这些能量的材料。储热能比如用熔融盐，储电磁能比如用电容器或超导体，储机械能比如用飞轮或抽水蓄能电站，储化学能比如常见的各种电池。储存光能、核能也是储能的一种，但人类还没有找到可人工储存这两种能量形式的材料。第二十四页，共五十六页。

能量密度这个指标是一把双刃剑，指单位体积或质量的物体所能储存的能量。能量密度太低，表示这种储能材料不经济——要很大或很重的物体才能储存够多的能量;能量密度太高，表示这种储能材料不安全——在有限空间或质量的物体内储存巨大能量，这个物体就是炸弹，比如小巧的核弹头内储存着大量的核能，释放能量时产生巨大破坏力。储能的动力围绕这个指标，人类一直在寻求平衡，希望能够找到一种安全且能量密度高的储能材料。第二十五页，共五十六页。

很幸运，人类很早就发现了适合的储能材料——煤炭、石油、天然气。这是地球给人类的馈赠，经过了数亿年的光合作用和地质运动，地球将能量密度低的太阳能，储存到了这些能量密度高且利用相对安全的化石能源中。人类也因此进入了现代文明。不过地球母亲的馈赠毕竟是有限的，人类使用化石能源的速度远远超过地球能承受的限度，人类只好再另觅能源。第二十六页，共五十六页。

太阳能，以及由太阳能所产生的风能、海洋能(潮汐能不是来源于太阳能)、生物质能，步入人们的视野。只不过人类没有足够的智慧和足够的时间，让这些能源也变成化石能源一样的高密度能源，大部分是通过发电，直接并迅速地利用了这些能源。但这些能源最大的问题是时有时无的间歇性和时大时小的波动性，并且还很难预测，这使得一直想认识世界改造世界的人类非常懊恼。第二十七页，共五十六页。

在用能需求不变的前提下，有两种办法解决问题：

1、把一个地方多余的能量运到另一个需要能量的地方去。目前把1度电送去别处的成本约1至5角钱(依靠电网)

2、把多余的能量储存起来，等需要的时候再用。把1度电储存起来在释放出来的成本超过1元钱，有些储能方式成本远超1元钱（寿限于储能装备和储能材料）第二十八页，共五十六页。

以锂电池为例说明储能成本目前1kWh的锂电池成本超过2000元，而循环寿命约2000次，在不考虑放电深度和容量衰减的条件下，充放1kWh电能的成本是1元钱。第二十九页，共五十六页。第三十页，共五十六页。第三十一页，共五十六页。

输电所用的材料基本上是铜铝钢，也有一部分陶瓷和半导体材料，都比较好获得，资源量也丰富。而储能所需原材料多种多样：化学储能要各种各样的金属和非金属材料，有些还有污染;电磁储能要超导材料或者电容器中的电介质材料;热储能要各种高温化学热工质;机械储能对原材料要求不高，但也有特殊要求，比如抽水蓄能要选址上下都有水库的山，压缩空气储能需要一个大洞，飞轮储能需要磁悬浮材料等等。对比来看，储能真是条很艰辛的路。第三十二页，共五十六页。储能的未来----储能可以更好的应用在两个方面：1、不规律移动的用能系统。最典型的是电动汽车。2、需要快速储能或用能的领域。最典型的是电力系统调峰。第三十三页，共五十六页。

规律的移动用能系统，比如火车，是可以做电气化改造的，沿线敷设输电线路的成本还可以接受。全国首条储能式无轨电车示范线年内在鄞州通车使用了超级电容储器的无轨电车一靠站，利用乘客上下车的时间便可充电，解决了传统电车充电慢的缺点。储能式无轨电车与有轨和其他无轨电车相比，全程不设架空网、视觉景观效果好，有利于净化城市空间，无论是对提升城市交通运力、提倡节能环保，还是促进产业发展都具有重要意义。/2014-10-31/169895750.html第三十四页，共五十六页。电动汽车-特斯拉：美国的著名纯电动车制造商众泰电动汽车：产地中国浙江第三十五页，共五十六页。国内的技术真的很差劲吗？当所有人都在称赞国外的技术有多牛多牛的时候，有没有人会回过头来看看国内，是不是也有一些技术不错的企业崭露头角？“技术为战略服务，其次才为产品服务，一个产品错了没关系，但战略错误了就很难挽回。中国企业的技术其实并不差，只不过过去我们落后太久了，现在没人相信我们能找到外国人前面去。传统的车或巴士(燃油)可以国际采购零件回来进行组装，但是要做电动大巴(靠国际采购)是不可能做到的。比亚迪光在电池这一块的研发就有一千多人，这数量上是全球规模最大的，同类的日本电池厂商也只有三百到四百的研发人员。”BYD“七加四战略”抗衡牛掰Tesla/2014-10/ART-8320315-8110-28895704.html第三十六页，共五十六页。储能设备可以发挥自身充放电速度快的优势，帮助电力系统调节功率平衡，并在辅助服务市场中盈利。

例如现在的抽水蓄能电站，就是用来快速调节功率平衡的。目前有些用户安装了储能设施，并利用峰谷电价差盈利第三十七页，共五十六页。生活小贴士：杭州峰谷电的时间是怎么分配的？峰电:8:00到22:00谷电:22:00到8:00根据现行的《浙江省电网销售电价表》，居民生活用电峰谷电价为：月用电量50千瓦时及以下部分：高峰电价0.568元/千瓦时，低谷电价0.288元/千瓦时。月用电量51-200千瓦时部分：高峰电价0.598元/千瓦时，低谷电价0.318元/千瓦时。月用电量201千瓦时及以上部分：高峰电价0.668元/千瓦时，低谷电价0.388元/千瓦时。第三十八页，共五十六页。新型LED灯断电可照明3小时:自动转换电池供电

第三十九页，共五十六页。新浪科技讯北京时间11月1日消息，据国外媒体报道，很多地方电力不足，经常停电。但一家公司找到一个解决方案，发明一种新灯泡。在停电的一段时间内，它仅需一个电池就可维持发光，让你看清周围环境。

停电时，它会自动转换到电池供电模式，其发光时间最长可达3小时。期间，你可以等待电力恢复。该产品叫iViTiOn，使用了威尔士奈顿市Litonics有限责任公司发明的技术。这家公司的网站说：“iViTiOn的自动转换只有一个目的，就是确保用户在停电时不会摸黑。”第四十页，共五十六页。在停电、自动切换到电池模式前，该产品的使用类似于现有的电灯泡。这意味着它在电力恢复前可独立发光最长3小时。另外，它还可以区分停电和有人关掉电源开关，所以人们可根据需要将iViTiOn关掉。

600毫安时的电池在有电时自动充电，而且灯泡正常发光。无需添加线路，这个电池就可直接安装到现有的普通灯泡中。与此同时，它还十分环保，只消耗8瓦电力，但其亮度相当于一个60瓦的灯泡。新型LED灯的流明值是850，后者只有800。第四十一页，共五十六页。

或许有一天，储能的成本下降到比电网互联还要低，并且储能材料可以大量获得不受资源约束，届时储能将会大规模的应用，能源输送体系将有巨大的变革，那时将是一场真正的能源革命!第四十二页，共五十六页。

石墨烯常常被称为“奇迹材料”，它是由单层碳原子按照六边形组合方式排布形成的结构。其强度是钢的200倍，导电性比硅好30倍，从而使其成为生产电池，计算机芯片以及其他高强度合成物的理想材料，可广泛应用于各种领域，从防弹衣到汽车材料

第四十三页，共五十六页。第一款3D打印的石墨烯电池产品

据福布斯杂志网站报道，近日，一家由一对夫妇创建的公司开发出世界上第一款3D打印的石墨烯电池产品。它可能将会标志着一个时代的来临：普通消费者将首次可以再自己家里制造电池。这家公司名叫“石墨烯3D实验室”，位于纽约州Calverton。他们已经花费超过5年时间致力于开发一种合适的材料，可以用于制造电池，使其外形大小都可以借助3D打印来实现。尽管这项专利未决的技术还只不过处于原型阶段，但利用它得到的电池产能效率已经可以与一般的AA电池相提并论。第四十四页，共五十六页。烟屁股可再利用科学家用滤嘴制造储能材料第四十五页，共五十六页。

最近，来自韩国的科研人员将二手烟蒂转为一种高性能材料，可以用于制造电脑、手提设备、电动汽车、风机等来储能。该科研成果发表在8月5日的《纳米技术》上，科研人员在论文中把该材料与目前商用的碳、石墨烯和碳纳米管进行对比，证明这种材料的性能更好。科研人员希望这种材料可以用于包覆超级电容器的电极。此外，这种方法还解决了二手香烟过滤嘴导致的环境问题。第四十六页，共五十六页。据估计，每年全球被丢弃的二手烟蒂高达5万6千亿吨。论文联席作者—首尔国立大学JongheopYi教授说：“我们的实验证明，通过一个简单的工艺将二手烟蒂转成高性能的碳材料，在满足社会对能源需求的同时也解决了环境问题。世界上很多国家都针对有毒或者不可降解的烟蒂出台非常严格的法律法规，以求达到环保的目的。我们的方法只是实现环保目标的一种。”第四十七页，共五十六页。科研人员在论文中指出，构成烟蒂的醋酸纤维素纤维可以通过一步简单的燃烧工艺—裂解，转成碳材料。第四十八页，共五十六页。制作完成后，碳材料会被放到电极上并在三电极系统中测试，检测这种材料吸附（充电）和释放电子（放电）的能力和时间。第四十九页，共五十六页。通过该方法得到的碳材料含有大量的微孔，提升了其作为超级电容材料的性能。第五十页，共五十六页。目前，全球科研人员在力求提高超级电容器性能（如能量密度、功率密度和循环稳定性）的同时，也努力寻找降低成产成本的方法。高性能的超级电容材料应该有大量的表面积，可以通过在材料上制造大量微孔实现。不同大小的微孔尺寸确保材料有很高的功率密度，这是超级电容器实现快速充放电的必要属性之一。MinzaeLee