储能电池
传统数据中心后备电池的应用,以铅酸蓄电池最为突出,其结构简单、价格低廉,性价比高,但由于循环寿命较短,使用过程受到一定限制。铅碳电池从传统的铅酸电池演化而来,是铅酸电池和超级电容器的结合体,拥有非常好的充放电性能,和数倍于铅酸电池的循环寿命。锂电池同样很好地弥补了铅酸电池的不足,不仅具有优异的循环使用寿命指标,还具有很高的能量密度和功率密度。而全钒液流电池在使用寿命上较锂电池又有更新的突破,循环充放电次数可达锂电池的双倍。钠硫电池则在比能量方面具有突出贡献。
储能式UPS主要采用铅碳电池和锂电池作为储能电池,现将两种电池的优缺点详述如下:
(1)铅碳电池
铅碳电池是一种新型的超级电池,从传统的铅酸电池演变而来。铅酸电池是指以铅及其氧化物为电极、硫酸溶液为电解液的一种二次电池,发展至今已有150多年历史,是最早规模化使用的二次电池。铅酸电池的技术很成熟,结构简单、储能成本低,但由于铅酸电池的循环寿命短(150～300次),能量密度低(30～50Wh/kg),使用温度范围窄,使其后期的应用和发展受到了很大的限制。
近年来,全球很多企业致力于开发性能更加优良、能满足各种使用要求的改性铅酸电池,其中值得强调的就是铅碳电池。其以常用的超级电容器碳电极材料部分或全部取代铅阳极,是铅酸电池和超级电容器的结合体,既发挥了超级电容瞬间大容量充电的特点,也发挥了铅酸电池的比能量优势,且拥有非常好的充放电性能。而且由于加了碳(石墨烯),阻止了负极硫酸盐化现象,改善了过去电池失效的一个因素,更延长了电池寿命,在50%～80%的放电率情况下,充放电寿命可达3000～5000次。
铅碳电池作为新型的铅酸电池,由于使用了铅碳技术,其性能远远优于传统的铅酸蓄电池,具有与传统铅酸电池相近的低廉价格优势及成熟的工业制造基础,同时自身具有高使用寿命和高能量密度比,在各种应用领域都有着极强的竞争力优势,已是当前储能设备的首选,可应用于新能源车辆中,如混合动力汽车、电动自行车等领域,也可用于储能领域,如削峰填谷储能、风光发电储能等。
(2)锂电池
锂电池是一类由锂金属或锂合金为负极材料、使用非水电解质溶液的电池。锂电池是电池中比能量最高的实用型电池,有多种材料可用于它的正极和负极(钴酸锂、锰酸锂、磷酸铁锂、钛酸锂等)。锂电池的效率可达95%以上,放电时间达数小时,在50%浅度放电情况下,循环使用寿命可达6000次以上,响应快速,是电池中能量最高的实用性电池。近年来技术也在不断地升级,正负极材料也有多种应用。
但由于其价格依然偏高,有时会因过充电而导致发热、燃烧等安全问题,有一定的风险,所以使用过程仍有一定限制,需要通过过充电保护来解决。锂电池技术仍然在不断地开发中,目前的研究主要集中在进一步提高它的使用寿命和安全性,降低成本以及新的正、负极材料的开发上。
(3)小结
储能电池是储能系统中至关重要的环节,占据了整套储能系统投资的三分之二以上。储能电池的运行效率、可靠度、可用性、易维护性等,很大程度上影响着储能系统的高效运行。从投资者角度来看,作为储能式UPS的关键环节,储能电池的循环使用寿命和投资成本成为选择过程中最受关注的层面。当前储能式UPS多以铅碳电池和锂电池为主,二者在使用寿命和投资成本方面各有优劣,实际应用情况还有待评估。与此同时,更多先进的技术和新型电池也在不断投入研发,用以更好的匹配储能式设备,辅助数据中心朝更加高效、节能、智能化的方向发展。