1、国际电气工程先进技术译丛大中型储能电池的研究进展澳大利亚克里斯莫尼卡塔斯（Chris Menictas）澳大利亚玛丽亚斯卡拉斯-哈萨克斯（Maria Skyllas-Kazacos）新加坡突蒂玛丽亚娜里姆（Tuti Mariana Lim）主编段喜春 译机 械 工 业 出 版 社 随着可再生能源发电量的增多，储能技术对于电网稳定运行的作用也日益引起关注。本书详尽介绍了大中型储能电池的研究进展及其应用情况。全书分为四个部分。第 1 部分介绍储能电池的基本原理和经济性；第 2 部分介绍铅、镍、钠和锂基电池的发展；第 3 部分介绍液流电池等其他新兴电池技术；第 4 部分探讨了上述技术在设计和实际应用
2、方面的问题。本书收录了许多国际学者发表的专业知识，是储能行业研发人员以及汽车行业研发经理的一本有价值的参考书。Advances in Batteries for Medium-and Large-scale Energy StorageChris Menictas，Maria Skyllas-Kazacos and Tuti Mariana LimISBN：978-1-78242-013-2Copyright 2015 Elsevier Ltd.All rights reserved.This translation of Advances in Batteries for Medium-an
3、d Large-scale Energy Storage，1st edi-tion by Chris Menictas was undertaken by China Machine Press and is published by arrangement withElsevier（Singapore）Pte Ltd.Advances in Batteries for Medium-and Large-scale Energy Storage，1st edition by Chris Menic-tas 由机械工业出版社进行翻译，并根据机械工业出版社与爱思唯尔（新加坡）私人有限公司的协议约定
4、出版。大中型储能电池的研究进展（段喜春 译）ISBN：978-7-111-58237-3Copyright 2017 by Elsevier（Singapore）Pte Ltd.and China Machine Press.All rights reserved.No part of this publication may be reproduced or transmitted in any form or by any means，elec-tronic or mechanical，including photocopying，recording，or any information
5、storage and retrieval sys-tem，without permission in writing from Elsevier（Singapore）Pte Ltd.Details on how to seek permis-sion，further information about the Elseviers permissions policies and arrangements with organizationssuch as the Copyright Clearance Center and the Copyright Licensing Agency，can
6、 be found at our web-site： permissions.This book and the individual contributions contained in it are protected under copyright by Elsevi-er（Singapore）Pte Ltd.and China Machine Press（other than as may be noted herein）.This edition is printed in China by China Machine Press under special arrangement
7、with Elsevier（Sin-gapore）Pte Ltd.This edition is authorized for sale in the Peoples Republic of China only，excluding HongKong SAR，Macau SAR and Taiwan.Unauthorized export of this edition is a violation of the contract.本书简体中文版由 Elsevier（Singapore）Pte Ltd.授权机械工业出版社在中国大陆地区（不包括香港、澳门特别行政区以及台湾地区）出版与发行。未经许
8、可之出口，视为违反著作权法，将受民事和刑事法律之制裁。本书封底贴有 Elsevier 防伪标签，无标签者不得销售。北京市版权局著作权合同登记 图字：01-2016-0497 号。注意本书涉及领域的知识和实践标准在不断变化。新的研究和经验拓展我们的理解，因此须对研究方法、专业实践或医疗方法作出调整。从业者和研究人员必须始终依靠自身经验和知识来评估和使用本书中提到的所有信息、方法、化合物或本书中描述的实验。在使用这些信息或方法时，他们应注意自身和他人的安全，包括注意他们负有专业责任的当事人的安全。在法律允许的最大范围内，爱思唯尔、译文的原文作者、原文编辑及原文内容提供者均不对因产品责任、疏忽或其他
9、人身或财产伤害及 或损失承担责任，亦不对由于使用或操作文中提到的方法、产品、说明或思想而导致的人身或财产伤害及 或损失承担责任。译 者 序当今，石化能源的安全和环保问题日益突出，风能、太阳能等可再生能源发电量越来越多，稳定的储能技术也变得越来越重要。另一方面，在国家“十三五”规划和相关产业政策的支持下，分布式储能、电动汽车等也得到快速发展。在此背景下，我国储能技术面临前所未有的迫切需求和发展契机。本书由澳大利亚新南威尔士大学的 Chris Menictas 博士、Maria Skyllas-Kaza-cos 教授和新加坡南洋理工大学的 Tuti Mariana Lim 教授担任主编。书中较为全
10、面地介绍了储能电池的技术进展及其在大中型储能应用领域的进展。第 1 部分介绍储能电池的基本原理和经济性；第 2 部分介绍铅、镍、钠和锂基电池的发展；第3 部分介绍液流电池等其他新兴电池技术；第 4 部分探讨了上述技术在设计和实际应用方面的问题。本书面向致力于先进储能电池技术的研究生和电化学工程师、研发经理，也适于电力行业（特别是可再生能源和配电）的研发经理以及对储能感兴趣的汽车行业从业人员阅读。通过本书，读者可了解当今不同类型储能电池的最新技术进展情况及其适用领域。本书各章后面均列出了大量参考文献和网站资源，可供读者进一步查阅。机械工业出版社引进本书之际，正是储能电池成为国内学术界和产业界的研
11、究热点和投资热点之时。感谢机械工业出版社为本书的出版所做的工作。鉴于译者水平有限，错误之处在所难免，恳请读者不吝指正。段喜春目 录译者序第 1 部分 简介第 1 章 大中型储能电化学电池：基本原理1 1.1 引言1 1.2 电化学电池的电势和容量2 1.3 实际电化学电池的电化学基本原理11 参考文献21第 2 章 大中型储能电池的经济性24 2.1 引言24 2.2 小型项目29 2.3 大型项目38 2.4 结论44 参考文献44第 2 部分 铅、镍、钠和锂基电池第 3 章 大中型储能型铅酸蓄电池47 3.1 引言47 3.2 铅酸蓄电池的电化学48 3.3 铅酸蓄电池设计49 3.4 老
12、化效应和失效机理51 3.5 先进铅酸蓄电池51 3.6 铅酸蓄电池在中长期储能领域的应用55 3.7 总结和未来趋势57 参考文献57第 4 章 大中型储能型镍基蓄电池60 4.1 引言60 4.2 基本的电池化学61 4.3 电池的发展与应用64 4.4 未来趋势72 4.5 更多信息源和相关建议74 参考文献74第 5 章 大中型储能型熔盐电池76 5.1 引言76 5.2 钠-氧化铝电池76 5.3 挑战和未来趋势98 参考文献101第 6 章 大中型储能型锂离子电池：目前的电池材料和部件106 6.1 引言106 6.2 锂离子电池的化学原理：阳极108 6.3 锂离子电池的化学原理
13、：阴极115 6.4 锂离子电池的化学原理：电解质122 6.5 锂离子电池的化学原理：惰性成分129 6.6 锂-铝 铁-硫化物（LiAl-FeS2）电池131 6.7 更多信息源和相关建议132 参考文献134第 7 章 大中型储能型锂离子电池：新兴电池材料及其构成191 7.1 引言191 7.2 阳极191 7.3 阴极195 7.4 电解液204 7.5 惰性成分207 7.6 更多信息源和相关建议209 参考文献211第 3 部分 其他类型的电池第 8 章 大中型储能型锌基液流电池269 8.1 引言269 8.2 锌-溴液流电池270 8.3 锌-铈液流电池273 8.4 锌-空
14、气液流电池279 8.5 其他锌基液流电池284目 录 参考文献286第 9 章 大中型储能型多硫化物-溴液流电池291 9.1 引言291 9.2 PBB：工作原理及技术发展291 9.3 电解液及其化学成分293 9.4 电极材料295 9.5 PBB 使用的离子传导隔膜296 9.6 PBB 的应用及性能298 9.7 总结及未来趋势298 参考文献299第 10 章 大中型储能型钒氧化还原液流电池301 10.1 引言301 10.2 电池反应、电池特性及工作原理302 10.3 电池材料306 10.4 电解液制备及优化311 10.5 电池及电池性能314 10.6 荷电状态监控及
15、流速控制319 10.7 实际测试、示范项目及商业化321 10.8 其他 VRB 化学电源328 10.9 建模与仿真338 10.10 成本因素341 10.11 结论344 参考文献345第 11 章 大中型储能型锂-空气电池354 11.1 引言354 11.2 锂离子电池354 11.3 锂-氧气电池356 11.4 Li-SES 阳极361 11.5 LiPON 薄膜及其在锂电池中的应用367 11.6 作为 Li-O2电池阴极的碳材料377 11.7 作为锂-氧气电池添加剂的氟化醚383 11.8 总结394 参考文献394第 12 章 锌-空气电池及其他金属-空气电池404 1
16、2.1 引言404 大中型储能电池的研究进展 12.2 锌-空气电池化学反应研究406 12.3 锌-空气电池的进展410 12.4 锌-空气电池的未来趋势416 12.5 其他金属-空气电池417 参考文献420第 13 章 大中型储能型铝离子电池422 13.1 引言422 13.2 铝离子电池的化学成分424 13.3 结论430 参考文献430第 4 部分 设计问题和应用领域第 14 章 大中型储能型氧化还原液流电池隔膜及电池堆设计的研究进展433 14.1 引言433 14.2 用于氧化还原液流电池的隔膜437 14.3 钒氧化还原液流电池用隔膜研究444 14.4 氧化还原液流电池用隔膜的研究与开发445 14.5 隔膜的化学稳定性453 14.6 结论455 参考文献456第 15 章 大中型储能型电池的设计建模461 15.1 引言461 15.2 锂离子电池的主要部件462 15.3 DFT 在分析 LIB 材料中的应用465 15.4 电极材料的结构特性关系467 15.5 LIB 中使用的聚阴离子化合物的结构特性关系471 15.6 LIB 材料领域的电子密度分析