Quais são as vantagens das baterias de armazenamento de energia?

Trajetória técnica da indústria de armazenamento de energia da China – armazenamento eletroquímico de energia: Atualmente, os materiais catódicos mais comuns para baterias de lítio incluem óxido de lítio-cobalto (LCO), óxido de lítio-manganês (LMO), fosfato de ferro-lítio (LFP) e materiais ternários. O cobaltato de lítio foi o primeiro material catódico comercializado, apresentando alta tensão, alta densidade de compactação, estrutura estável e boa segurança, porém com alto custo e baixa capacidade. O manganato de lítio possui baixo custo e alta tensão, mas seu desempenho de ciclagem é ruim e sua capacidade também é baixa. A capacidade e o custo dos materiais ternários variam de acordo com o teor de níquel, cobalto e manganês (além do NCA). A densidade de energia total é maior do que a do fosfato de ferro-lítio e do cobaltato de lítio. O fosfato de ferro-lítio possui baixo custo, bom desempenho de ciclagem e boa segurança, mas sua plataforma de tensão é baixa e sua densidade de compactação é baixa, resultando em baixa densidade de energia total. Atualmente, o setor de energia é dominado por materiais ternários e fosfato de ferro-lítio, enquanto o setor de consumo utiliza mais óxido de lítio-cobalto. Os materiais do eletrodo negativo podem ser divididos em materiais de carbono e materiais não carbonáceos: os materiais de carbono incluem grafite artificial, grafite natural, microesferas de carbono mesofásico, carbono macio, carbono duro, etc.; os materiais não carbonáceos incluem titanato de lítio, materiais à base de silício, materiais à base de estanho, etc. O grafite natural e o grafite artificial são atualmente os mais utilizados. Embora o grafite natural apresente vantagens em termos de custo e capacidade específica, sua vida útil é baixa e sua consistência é inferior; no entanto, as propriedades do grafite artificial são relativamente equilibradas, com excelente desempenho de circulação e boa compatibilidade com o eletrólito. O grafite artificial é utilizado principalmente em baterias de veículos de alta capacidade e baterias de lítio de consumo de alta gama, enquanto o grafite natural é utilizado principalmente em baterias de lítio de baixa capacidade e baterias de lítio de consumo de uso geral. Os materiais à base de silício, dentro da categoria de materiais não carbonáceos, ainda estão em processo contínuo de pesquisa e desenvolvimento. Os separadores de baterias de lítio podem ser divididos em separadores secos e separadores úmidos, de acordo com o processo de produção, sendo o revestimento por membrana úmida a principal tendência nos separadores úmidos. Os processos úmido e seco apresentam vantagens e desvantagens próprias. O processo úmido apresenta poros de tamanho pequeno e uniforme, resultando em filmes mais finos, porém o investimento é elevado, o processo é complexo e gera grande poluição ambiental. O processo seco é relativamente simples, agrega alto valor e é ecologicamente correto, mas o tamanho dos poros e a porosidade são difíceis de controlar e o produto é difícil de ser adelgaçado.

O caminho tecnológico da indústria de armazenamento de energia da China – armazenamento de energia eletroquímica: bateria de chumbo-ácido. A bateria de chumbo-ácido de matriz volátil (VRLA) é uma bateria cujo eletrodo é composto principalmente de chumbo e seu óxido, e o eletrólito é uma solução de ácido sulfúrico. No estado de carga, o principal componente do eletrodo positivo é o dióxido de chumbo, e o principal componente do eletrodo negativo é o chumbo; no estado de descarga, os principais componentes dos eletrodos positivo e negativo são o sulfato de chumbo. O princípio de funcionamento da bateria de chumbo-ácido é que ela utiliza dióxido de carbono e chumbo metálico esponjoso como substâncias ativas positivas e negativas, respectivamente, e uma solução de ácido sulfúrico como eletrólito. As vantagens das baterias de chumbo-ácido incluem uma cadeia industrial relativamente madura, uso seguro, manutenção simples, baixo custo, longa vida útil e qualidade estável. As desvantagens são a baixa velocidade de carregamento, a baixa densidade de energia, o ciclo de vida curto e a facilidade em causar poluição. As baterias de chumbo-ácido são utilizadas como fontes de alimentação de reserva em telecomunicações, sistemas de energia solar, sistemas de comutação eletrônica, equipamentos de comunicação, pequenas fontes de alimentação de reserva (UPS, ECR, sistemas de backup de computador, etc.), equipamentos de emergência, etc., e como fontes de alimentação principais em equipamentos de comunicação, locomotivas elétricas (veículos de aquisição, veículos de transporte automático, veículos elétricos), partidas de ferramentas mecânicas (furadeiras sem fio, parafusadeiras elétricas, trenós elétricos), equipamentos/instrumentos industriais, câmeras, etc.

O caminho técnico da indústria de armazenamento de energia da China – armazenamento eletroquímico de energia: bateria de fluxo líquido e bateria de sódio-enxofre. A bateria de fluxo líquido é um tipo de bateria que pode armazenar e descarregar eletricidade por meio da reação eletroquímica de um par elétrico solúvel em um eletrodo inerte. A estrutura de uma bateria de fluxo líquido típica inclui: eletrodos positivo e negativo; uma câmara de eletrodo circundada por um diafragma e um eletrodo; tanque de eletrólito, bomba e sistema de tubulação. A bateria de fluxo líquido é um dispositivo de armazenamento de energia eletroquímica que pode realizar a conversão mútua de energia elétrica e energia química por meio da reação de oxidação-redução de substâncias ativas líquidas, realizando assim o armazenamento e a liberação de energia elétrica. Existem muitos tipos e sistemas específicos de baterias de fluxo líquido. Atualmente, existem apenas quatro tipos de sistemas de baterias de fluxo líquido que são realmente estudados em profundidade no mundo, incluindo a bateria de fluxo líquido de vanádio, a bateria de fluxo líquido de zinco-bromo, a bateria de fluxo líquido de ferro-cromo e a bateria de fluxo líquido de polissulfeto de sódio/bromo. A bateria de sódio-enxofre é composta por eletrodo positivo, eletrodo negativo, eletrólito, diafragma e invólucro, diferentemente das baterias secundárias comuns (bateria de chumbo-ácido, bateria de níquel-cádmio, etc.). A bateria de sódio-enxofre é composta por um eletrodo fundido e um eletrólito sólido. A substância ativa do eletrodo negativo é sódio metálico fundido, e a substância ativa do eletrodo positivo é enxofre líquido e sal de polissulfeto de sódio fundido. O ânodo da bateria de sódio-enxofre é composto de enxofre líquido, o cátodo é composto de sódio líquido, e um tubo de alumínio beta de material cerâmico é inserido no meio. A temperatura de operação da bateria deve ser mantida acima de 300 °C para manter o eletrodo em estado fundido. A trajetória tecnológica da indústria de armazenamento de energia da China – célula a combustível: célula de armazenamento de energia de hidrogênio. A célula a combustível de hidrogênio é um dispositivo que converte diretamente a energia química do hidrogênio em energia elétrica. O princípio básico é que o hidrogênio entra no ânodo da célula a combustível, decompõe-se em prótons e elétrons gasosos sob a ação de um catalisador, e os prótons de hidrogênio formados passam pela membrana de troca de prótons para alcançar o cátodo da célula a combustível e se combinam com o oxigênio para gerar água. Os elétrons chegam ao cátodo da célula a combustível através de um circuito externo para formar uma corrente. Essencialmente, trata-se de um dispositivo de geração de energia por reação eletroquímica. O tamanho do mercado global da indústria de armazenamento de energia — a nova capacidade instalada da indústria de armazenamento de energia dobrou — as baterias de íon-lítio ainda são a principal forma de armazenamento de energia — as baterias de íon-lítio têm as vantagens de alta densidade de energia, alta eficiência de conversão, resposta rápida, entre outras, e atualmente representam a maior proporção da capacidade instalada, com exceção do armazenamento por bombeamento. De acordo com o Livro Branco sobre o Desenvolvimento da Indústria de Baterias de Íon-Lítio da China (2022), divulgado em conjunto pela EVTank e pelo Instituto de Economia Ivy. De acordo com os dados do relatório técnico, em 2021, o volume total de remessas globais de baterias de íon-lítio atingirá 562,4 GWh, um aumento significativo de 91% em relação ao ano anterior, e sua participação nas instalações globais de armazenamento de novas energias também ultrapassará 90%. Embora outras formas de armazenamento de energia, como baterias de fluxo de vanádio, baterias de íon-sódio e ar comprimido, também tenham começado a receber cada vez mais atenção nos últimos anos, as baterias de íon-lítio ainda apresentam grandes vantagens em termos de desempenho, custo e industrialização. No curto e médio prazo, as baterias de íon-lítio serão a principal forma de armazenamento de energia no mundo, e sua participação nas instalações de armazenamento de novas energias permanecerá em um nível elevado.

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