储能技术习题答案4.docx

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1、第4章习题答案4-1铅酸电池的原理是什么？请写出它的反应方程式。解：传统铅酸电池的电极由铅及其氧化物制成，电解液采用硫酸溶液。在充电状态下，铅酸电池的正极主要成分为二氧化铅，负极主要成分为铅；放电状态下，正负极的主要成分均为硫酸铅。放电时，正极的一氧化铅与硫酸反应生成硫酸铅和水，负极的铅与硫酸反应生成硫酸铅；充电时，正极的硫酸铅转化为二氧化铅，负极的硫酸铅转化为铅。铅酸电池反应如下。正极：PbO2+3H+HSO;+2ePbSO4+2H2O负极：Pb+HSO；PbS4+H,+2b总反应：Pb2Pb+2H2SO42PbS4+2H2O4-2请简述铅酸电池的工作方式。解：铅酸电池主要有充电放电制和定期

2、浮充制两种充电方式。充电放电制是指铅酸电池组充电过程与放电过程分别进行的一种工作方式，即先用整流装置给铅酸电池组充满电后，再由铅酸电池的负载供电（放电），然后再充电、再放电的一种循环工作方式。充电放电制主要用于移动型铅酸电池组。例如，汽车摩托车启动用铅酸电池组、铅酸电池车辆用铅酸电池组等，当有两组相同型号的固定型铅酸电池组，一组工作,而另一组备用时，一般也采用这种工作方式。定期浮充制就是整流设备与铅酸电池组并联并定期轮流向负载供电的一种工作方式。也就是说，由整流设备和铅酸电池组所构成的直流电源，部分时间由铅酸电池向负载供电；其他时间由整流设备浮充铅酸电池组供电，即整流设备在直接向负载供电的同时

3、，还要向铅酸电池充电（浮充），以补充铅酸电池放电时所消耗的能量以及因局部放电所引起的容量损失。4-3简述铅酸电池的充放电特性。解：铅酸蓄电池充电曲线如下图所示，其内部反应如下：60Ma*32102222)as配50i40l-J20t-一图4-17习题4-3示意图(1)在电池充入电量至70%80%之前，利用整流器的限流特性维持充电电流不变，此过程电池端电压几乎呈直线上升；(2)当电流的端电压上升至稳压点附近时，由于充电历程已到中后期，此时正极板上PbSO4数量已不多，使交换电流密度随反应面积的变小而增大，所以电化学极化作用己经变小，而电池内阻也明显减少。但是，充电的真实表面积已经变小了，故引起了

4、电极真实电流密度的增大。继而使电极表面附近电解液浓度增高，导致浓差极化影响严重，造成电池内电流迅速衰减。(3)当充电至后期，电池电流已明显变小，所以浓差极化作用随之减小。而电化学极化作用影响又增加，所以电池电流继续衰减，只是衰减速度变慢。(4)充电末期，充入电池的电流大部分用于维持电池内氧循环，仅极小的电流用于维持活性物质的恢复，因而电池电流稳定不变。铅酸蓄电池放电曲线如下图所示，其内部反应如下：234$67910II12H阿沛A.m修了电氏(化或式.f化成式)终丁电压(涂育式)图4-18习题4-3示意图(1)在放电初期，端电压U下降很快，这是因为在放电初期，活性物质微孔内的电解液浓度下降很快

5、，使电动势E明显减小，同时内电阻r的明显减小也使内电阻电压降k有较大减小，端电压U也将快速减小。(2)在放电中期，由于活性物质微孔内的电解液逐渐扩散，其浓度趋于平衡，使电动势E和内电阻r的减小变得缓慢，也使端电压U缓慢减小。临近放电中期末尾时，正负极板表面上的活性物质二氧化铅(PbO2)和海绵状金属铅(Pb)已经大部分转换成硫酸铅(PbSO4)(3)放电后期，极板上活性物质转换成硫酸铅的转换作用已经很微弱，这时，端电压的下降将变快，当放电电压下降到终了电压（1.8V）时，蓄电池应立即停止放电，这时，端电压将很快恢复到2.0V左右，如果不立即停止放电，蓄电池的端电压将急剧下降，同时对蓄电池的使用

6、寿命也将产生不利影响。4-4请简述铅炭电池的特点。解：在负极引入活性炭，使电池兼具铅酸电池和超级电容器的优势，能够显著提高铅酸电池的寿命，同时可有效抑制普通铅蓄电池负极不可逆硫酸盐化的问题，使其大电流充放电性能和循环寿命得到显著提升。其优势在于：（1）成本低廉、制造工艺简便；（2）能量成本低；（3）工作温度范围宽泛，低温性能好于锂电池无需单体BMS。其劣势在于：（1）比功率、比能量偏低充电速率低，满充需要1476小时；（2）需防止不可逆硫酸盐化；（3）循环寿命短，重复深度充放减少电池寿命；（4）回收困难，对环境有害。4-5锂离子电池的原理是什么？请写出它的反应方程式。电池充电时，正极上的电子通

7、过外部电路跑到负极上，而锂离子从正极脱嵌，穿过电解质和隔膜嵌入负极，与从正极跑过来的电子结合，使得负极处于富锂态，正极处于贫锂态,同时电子的补偿电荷从外电路供给到负极，保证负极的电荷平衡；放电时则相反，电子从负极经过外部电力电子器件跑到正极，锂离子从负极脱嵌，穿过电解质和隔膜重新嵌入正极，正极，与从负极跑过来的电子结合。因此锂离子电池实质为一种锂离子浓差电池，依靠锂离子和电子在正负极之间的转移来完成充放电工作。锂离子电池的化学反应式：LiMO,+CLi1xMO,+LiCn正极反应：LiMO2Li,xMO2+xLi+xe负极反应：xLi+xe-+nCULiCn4-6简述锂离子电池的充放电特性。答

8、：充电过程：随着锂离子充电电流的增加，恒流时间逐步减少，恒流可充入容量和能量也逐步减少。在实际电池组应用中，可以以锂离子电池允许的最大充电电流充电,达到限压后，再进行恒压充电，这样在减少充电时间的基础上，也保证了充电的安全性；另外，应综合考虑充电时间和效率，选择适中的充电电流，以减少内阻能耗。放电过程：电池在初始阶段端电压快速下降，放电倍率越大，电压下降的越快；随后，电池电压进入一个缓慢变化的阶段，这段时间称为电池的平台区，放电倍率越小，平台区持续的时间越长，平台电压越高，电压下降越缓慢；在电池电量接近放完时，电池负载电压开始急剧下降直至达到放电截止电压。4-7请简述锂离子电池的特点。解：锂离

9、子电池优势在于：（1）高能量密度，高功率密度；（2）能量转换效率高，95%以上；（3）长循环寿命；（4）可快充快放，充电倍率一般在0.53C.锂离子电池劣势在于：（1）采用有机电解液，存在较大安全隐患；（2）循环寿命和成本等指标尚不能满足电力系统储能应用的需求；（3）不耐受过充和过放；（4）使用循环中不可避免自然缓慢衰退；（5）低温下（0）不易实现快充快放。4-8请简述液流电池的特点。解：液流电池和通常以固体作电极的普通蓄电池不同，液流电池的活性物质以液体形态储存在于两个分离的储液罐中，由泵驱动电解质溶液在独立存在的电池堆中反应，电池堆与储液罐分离，在常温常压运行，因此安全性高，没有潜在爆炸风

10、险。且其充放电循环次数10000次，日历寿命可达20年；响应速度快、自放电率低且环境友好。但液流电池能量密度相比其他电化学储能技术较低，系统相对复杂。4-9全锐液流电池的原理是什么？请写出它的反应方程式。解：全机液流电池中，正极电解液为含有五价机和四价钢离子的硫酸溶液，负极电解液为含有三价乳和二价锐离子的硫酸溶液，二者由离子交换膜隔开。在对全锐液流电池进行充放电过程中，正负极电解液在各自电极区进行化学反应，机电池中的电能以化学能的方式存储在不同价态锐离子的硫酸电解液中，通过循环泵把电解液压入电池堆内，在机械动力作用下,使其在不同的储液罐和半电池的闭合回路中循环流动，采用质子交换膜作为电池组的隔

11、膜,电解质溶液平行流过电极表面并发生电化学反应，通过双极板收集和传导电流，从而使得存储在溶液中的化学能转换为电能。全钮液流电池反应如下：正极电对：V（V）V（Rr）VO-+H2O-eVO2H负极电对:V（III）V（II）v“+$v”4-10请简述全乳液流电池、铁辂液流电池和锌溪液流电池的特点。解：全乳液流电池能量密度较低，成本过高；锌澳液流电池能量密度高、材料成本较低且对环境友好；铁铭液流电池电池成本较低且无污染，制备较为容易。4-11钠硫电池的原理是什么？请写出它的反应方程式。解：钠硫电池采用加热系统把不导电的固态盐类电解质加热熔融，使电解质呈离子型导体而进入工作状态。作为固体电解质兼隔膜

12、，固态-氧化铝陶瓷管只允许带正电荷的钠离子通过并在正极和硫结合形成硫化物。钠硫电池在放电过程中，电子通过外电路由阳极（负极）到阴极（正极），而Na+则通过固体电解质-Ab3与S结合形成多硫化钠产物，在充电时电极反应与放电相反。钠与硫之间的反应剧烈，因此两种反应物之间必须用固体电解质隔开,同时固体电解质又必须是钠离子导体。钠硫电池反应如下。正极：s2-s2e负极:2Na+2S等2Na总反应:Na?S、2Na+xS4-12请简述钠硫电池的特点。解：钠硫电池单位质量或单位体积所具有的有效电能量较高，也称其比能量较高。其理论比能量为760whkg,是铅酸电池的34倍；此类电池能够进行大电流、高功率放电，其放电电流密度一般可达200-300mAcm2,并瞬时间可放出其3倍的固有能量；由于钠硫电池采用固体电解质，没有通常采用液体电解质二次电池的自放电及副反应，使得其充放电效率很高,但其仅能在3OO-35（C的温度下工作，所以在钠硫电池工作时需要适时加热保温；钠硫电池系统规模可根据应用需求通过钠硫电池模块集成灵活扩展，达到MW级别；此外还具有无放电污染、无振动、低噪声、环境友好等优点。