超級電容和鋰電池在船舶中的應(yīng)用研究
來源：寶鄂實(shí)業(yè)
2019-03-22 14:42
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鋰電池是一種可充電電池，它主要依靠Li+離子在正極和負(fù)極之間移動來工作。在充放電過程中，Li+在兩個電極之間往返嵌入和脫嵌：充電時，Li+從正極脫嵌，經(jīng)過電解質(zhì)嵌入負(fù)極，負(fù)極處于富鋰狀態(tài)；放電時則相反。其原理圖如圖2所示。
超級電容和鋰電池在船舶中的應(yīng)用研究
2.2鋰電池的優(yōu)缺點(diǎn)分析
鋰電池的優(yōu)點(diǎn)：
1)高能量密度。其體積能量密度和質(zhì)量能密度分別可達(dá)450Wh/dm^3和150Wh/kg，而且還在不斷提高中。
2)單體電壓高，約為3.6V，充滿電壓時的電壓一般為4.2V，終止放電電壓不低于2.5V。
4)輸出功率大。
5)工作溫度范圍寬?？稍?20℃～60℃之間正常工作。
鋰電池的缺點(diǎn)：
1)成本高。主要是正極材料LiCoO2的價格高。隨著正極材料技術(shù)的不斷發(fā)展，可以采用LiMn2O4、LiFePO4等為正極，從而 有望大大降低鋰電池的成本。
2)必須有特殊的保護(hù)電路，以防止過充或過放。
3)與普通電池的相容性差，因?yàn)橐话阋?節(jié)普通電池(3.6V) 的情況下才能用鋰離子電池進(jìn)行替代。
3儲能系統(tǒng)的典型應(yīng)用
對于船舶電力推進(jìn)系統(tǒng)而言，如何減少燃油消耗、系統(tǒng)維護(hù) 成本、有害氣體排放和增加整船的穩(wěn)定性和可靠性一直是研究人員研究的重點(diǎn)。這當(dāng)中Corvus公司技術(shù)領(lǐng)先其他公司，并開發(fā)出了廣泛應(yīng)用的AT6500儲能系統(tǒng)。圖3給出了該儲能系統(tǒng)應(yīng)用于近海支援船的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。其中儲能單元公用直流母線，直流母線通過DC/AC變換環(huán)節(jié)與交流母線相聯(lián)接，完成能量的傳輸。整個儲能系統(tǒng)由多個AT6500模塊組成即鋰電池組，能夠持續(xù)提供大功率輸出，為船舶系統(tǒng)集成和設(shè)計提供一個更好的選擇從而降低了系統(tǒng)的復(fù)雜性，減少不必要的開支。
超級電容和鋰電池在船舶中的應(yīng)用研究
4結(jié)束語
雖然目前儲能單元的價格不菲，但是儲能單元可以平抑船 舶電網(wǎng)功率波動提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性，能夠提高燃油利用率，節(jié)省燃油，減少有害氣體排放。無論從經(jīng)濟(jì)角度還是環(huán)境角度都大有裨益。此外，隨著大容量鋰電池與超級電容器技術(shù)的發(fā)展，儲能裝置的價格必然會下降。儲能單元在船舶電力推進(jìn)系統(tǒng)中應(yīng)用的前景值得期待。
今天我們來關(guān)注電池行業(yè)即將迎來的變局。目前，我國電動自行車的保有量約2億輛，90%使用鉛酸電池。但是，新國標(biāo)對于車身限重在55kg以內(nèi)的規(guī)定，讓鉛酸電池重量大的缺點(diǎn)更加凸顯。與此同時，新國標(biāo)鼓勵用鋰電池替代的建議，也讓電池行業(yè)在這一年里，一直流傳著“鉛酸電池企業(yè)將被淘汰、鋰電池迎來大爆發(fā)”的說法。事實(shí)真的是這樣嗎？
在我國電動自行車電池生產(chǎn)基地湖州的一個出貨倉庫，早晨8點(diǎn)，記者看到，前來取貨的大貨車已經(jīng)排起隊，司機(jī)告訴記者，他們?nèi)渴莵砝U酸電池的。 這里一天的出貨量基本在8到9萬支。
目前，在電動自行車動力電池行業(yè)，天能和超威兩家企業(yè)占據(jù)了國內(nèi)市場約八成的份額。今年上半年，天能鉛酸電池業(yè)務(wù)銷售收入同比增長32%，超威鉛酸電池銷售收入同比增長28%。
天能集團(tuán)新能源事業(yè)部總經(jīng)理許剛博士指出，從這個角度來講沒有出現(xiàn)所謂的鋰離子電池替代鉛酸電池這種情況。
不過，在浙江長興縣的一家電動自行車專賣店里，電池代理商韓偉告訴記者，受新國標(biāo)影響，近段時間，鋰電池的市場需求明顯增強(qiáng)。
浙江省長興縣電動自行車電池區(qū)域代理商韓偉告訴記者，從今年四五月份開始，網(wǎng)點(diǎn)詢問的次數(shù)多了，而且有些網(wǎng)點(diǎn)甚至直接到店里來購買。
有數(shù)據(jù)顯示，目前，全球?qū)τ趧恿π弯囯姵氐男枨笤龇延?011年的1%增長至2017年的62%。市場需求強(qiáng)勁，但是，由于車企、消費(fèi)者仍有一定的接受周期，加之近兩年鋰電池行業(yè)競爭白熱化，各家企業(yè)的盈利能力也受到了挑戰(zhàn)。鋰電頭部企業(yè)寧德時代，近日發(fā)布2018上半年業(yè)績，凈利潤下滑49.7%。天能集團(tuán)市場銷售部區(qū)域管理人員林華山表示，新國標(biāo)出來以后，整個鋰電池的增長是有的，新國標(biāo)上來以后，不可能出現(xiàn)一個快速切換的狀態(tài)。
業(yè)內(nèi)期待鋰電池成本更低
安全性更強(qiáng)
業(yè)內(nèi)人士稱，與鉛酸電池相比，鋰電池更輕便，使用時間更長。隨著電動自行車新國標(biāo)的實(shí)施，鋰電池在電動自行車動力電池中的占比勢必將增加。但是，記者在采訪中了解到，目前，由于相比于鉛酸電池，鋰電池的成本較高，因此，消費(fèi)者接受仍需一段過程。
記者在多家電動自行車專賣店中發(fā)現(xiàn)，目前，鋰電池動力的電動自行車，普遍要比鉛酸電池的貴25%到50%。而將電動自行車作為主要出行工具的消費(fèi)者，大部分對價格比較敏感。因此，不少經(jīng)銷商在鋪貨上也比較謹(jǐn)慎。
長興縣電動自行車經(jīng)銷商告訴記者，所有車都可以用鋰電，只不過鋰電就是價格昂貴，消費(fèi)者認(rèn)可度不高。
新國標(biāo)車型限重的條款，也讓車企開始擴(kuò)大生產(chǎn)以鋰電池動力的車型，加之產(chǎn)線升級、技術(shù)成本增加等，一臺電動自行車的成本將會增加200到500元不等，如何降低成本，是目前車企們最希望電池行業(yè)解決的問題。
天津雅迪實(shí)業(yè)有限公司總經(jīng)理張小剛指出，成本會增長 因?yàn)橐驗(yàn)殇囯姵乇緛砭鸵茹U酸要成本要貴，平均每一組電池你像拿4812電池，鋰電池要貴到300塊錢以上，大功率4820電池，鋰電池要貴到800塊錢以上。 專家表示，除了成本問題，相比于有著160多年歷史的鉛酸電池，鋰電池作為“新秀”，在安全性上也還有待提高。
天能集團(tuán)新能源事業(yè)部總經(jīng)理許剛指出，比如說像在濫用的情況下出現(xiàn)一些熱失控的問題，（行業(yè)內(nèi)）也在不斷提升它的技術(shù)。
業(yè)內(nèi)人士表示，未來，降低成本、強(qiáng)化安全性能，將是企業(yè)搶占市場的硬指標(biāo)。
“國家千人計劃”專家超威集團(tuán)研究院副院長柯克指出，也是一個需要長期投入，在布局過程現(xiàn)在還很初級，需要應(yīng)該說整個產(chǎn)業(yè)鏈的上下游一起合作，也需要國家很慎重地從政策層面去引導(dǎo)。
“退役”鋰電池回收藍(lán)海初現(xiàn)
業(yè)內(nèi)呼吁“頂層設(shè)計”
除了成本和安全性，鋰電池回收也是業(yè)內(nèi)關(guān)注的話題。目前，鉛酸電池從制作、銷售到回收，已經(jīng)形成了一個成熟的閉環(huán)模式。而隨著電動自行車新國標(biāo)的實(shí)施，業(yè)內(nèi)預(yù)計，鋰電池回收市場將呈現(xiàn)爆發(fā)式增長。
電池回收點(diǎn)負(fù)責(zé)人嵇蛟蛟告訴記者，現(xiàn)在舊電池可以抵230，換新的需要450塊。到我們這里來換的基本上都是鉛酸電池，技術(shù)也比較成熟，廠家補(bǔ)貼力度也比較好，用舊了都到我們這里以舊換新的。
據(jù)了解，目前，只有10%左右的電動自行車使用鋰電池，回收企業(yè)看不到經(jīng)濟(jì)效益，自然不愿入局。
天能集團(tuán)新能源事業(yè)部總經(jīng)理許剛指出，現(xiàn)在鋰電動自行車（電池）還沒有出現(xiàn)純粹的回收公司，我們也正在做這方面的工作，準(zhǔn)備做鋰電池板塊的一個循環(huán)經(jīng)濟(jì)。
業(yè)內(nèi)人士預(yù)計，鋰電回收市場將在2020年后進(jìn)入規(guī)模化退役回收時期。2018年動力電池回收市場規(guī)模僅10.1億元， 2020年預(yù)計可達(dá)到45.97億元，2025年將超過330億元。（數(shù)據(jù)來源：前瞻產(chǎn)業(yè)研究院）
“國家千人計劃”專家 超威集團(tuán)研究院副院長柯克表示，鋰電池的正極材料鈷和鎳，本身也比較貴，然后資源也是比較匱乏的，這樣的話它回收有一定的經(jīng)濟(jì)性，也有很多企業(yè)有動力去做這樣的事情。
專家表示，鋰電池規(guī)?；厥漳壳笆侨澜缍缄P(guān)注的話題。最關(guān)鍵的是要做好頂層設(shè)計，讓產(chǎn)品設(shè)計和回收能夠形成一個產(chǎn)業(yè)閉環(huán)，避免中間環(huán)節(jié)的污染和浪費(fèi)。
