DKSESS 100KW 오프그리드/하이브리드 올인원 태양광 발전 시스템

에너지 저장 시스템의 배터리 비교
배터리 유형 에너지 저장은 화학 에너지 저장입니다. 배터리의 종류에 따라 납축전지, 리튬전지, 니켈수소전지, 액체 흐름 전지(바나듐 전지), 나트륨황 전지, 납탄소 전지 등으로 구분할 수 있습니다.

1. 납산 배터리
납축전지는 콜로이드 전지와 액체 전지(소위 일반 납축전지)로 나뉩니다. 이 두 가지 전지는 지역에 따라 사용됩니다. 콜로이드 전지는 내한성이 강하고, 15°C 이하에서는 액체 전지보다 작동 에너지 효율이 훨씬 높으며, 단열 성능도 뛰어납니다.

콜로이드 납산 배터리는 액체 전해질을 사용하는 일반 납산 배터리를 개량한 제품입니다. 황산 전해질을 대체하는 콜로이드 전해질을 사용하여 안전성, 저장 용량, 방전 성능 및 수명 측면에서 일반 배터리보다 우수합니다. 콜로이드 납산 배터리는 겔 전해질을 사용하여 내부에 액체가 없습니다. 동일 체적에서 전해질은 대용량, 열용량이 크고 방열 성능이 뛰어나 일반 배터리의 열 폭주 현상을 방지할 수 있습니다. 전해질 농도가 낮아 전극판 부식이 적고, 전해질 농도가 균일하며 전해질 층화가 발생하지 않습니다.

일반 납축전지는 전극이 납과 그 산화물로 주로 구성되고 전해질은 황산 용액인 배터리의 한 종류입니다. 납축전지는 방전 상태에서 양극의 주요 성분은 이산화납이고 음극의 주요 성분은 납입니다. 충전 상태에서 양극과 음극의 주요 성분은 황산납입니다. 단일 셀 납축전지의 공칭 전압은 2.0V이며, 1.5V까지 방전하고 2.4V까지 충전할 수 있습니다. 응용 분야에서는 단일 셀 납축전지 6개를 직렬로 연결하여 12V 공칭 납축전지를 구성하거나 24V, 36V, 48V 등의 공칭 전압을 사용하는 경우가 많습니다.

장점은 주로 다음과 같습니다. 안전한 밀봉, 공기 방출 시스템, 간단한 유지 보수, 긴 사용 수명, 안정적인 품질, 높은 신뢰성 및 유지 보수가 필요 없습니다. 단점은 납 오염이 크고 에너지 밀도가 낮다는 것입니다(즉, 너무 무겁습니다).

2. 리튬 배터리
"리튬 전지"는 리튬 금속 또는 리튬 합금을 양극재로 하고 비수성 전해액을 사용하는 전지입니다. 리튬 금속 전지와 리튬 이온 전지로 나뉩니다.

리튬 금속 전지는 일반적으로 이산화망간을 양극재로, 금속 리튬 또는 그 합금 금속을 양극재로 사용하며, 비수성 전해액을 사용합니다. 리튬 이온 전지는 일반적으로 리튬 합금 금속 산화물을 양극재로, 흑연을 양극재로, 그리고 비수성 전해액을 사용합니다. 리튬 이온 전지는 금속 리튬을 포함하지 않으며 재충전이 가능합니다. 에너지 저장에 사용되는 리튬 전지는 "리튬 전지"라고 불리는 리튬 이온 전지입니다.

에너지 저장 시스템에 사용되는 리튬 배터리는 주로 리튬 인산철 배터리, 리튬 삼원 배터리, 리튬 망간 배터리가 있습니다. 단일 배터리는 높은 전압, 넓은 작동 온도 범위, 높은 비에너지 및 효율, 낮은 자가 방전율을 특징으로 합니다. 보호 및 균등화 회로를 사용하면 안전성과 수명을 향상시킬 수 있습니다. 따라서 다양한 배터리의 장단점을 고려할 때, 리튬 배터리는 비교적 성숙한 산업 체인, 안전성, 신뢰성, 그리고 친환경성으로 인해 에너지 저장 발전소의 주요 선택이 되었습니다.

주요 장점은 다음과 같습니다. 사용 수명이 길고, 저장 에너지 밀도가 높고, 무게가 가볍고, 적응성이 강합니다. 단점은 안전성이 낮고, 폭발하기 쉽고, 비용이 많이 들고, 사용 조건이 제한적입니다.

인산철리튬
리튬 인산철 전지는 리튬 인산철을 양극재로 사용하는 리튬 이온 전지를 말합니다. 리튬 이온 전지의 양극재는 주로 코발산리튬, 망간산리튬, 산화리튬, 삼원계 재료, 인산철리튬 등이 있습니다. 코발산리튬은 대부분의 리튬 이온 전지에 사용되는 양극재입니다.

리튬 전력 배터리 소재인 인산철 리튬은 최근 몇 년 사이에 등장했습니다. 2005년 중국에서 대용량 리튬 인산철 배터리가 개발되었습니다. 이 배터리는 안전성과 사이클 수명이 다른 소재와 비교할 수 없을 정도로 뛰어납니다. 1C 충방전 사이클 수명은 2,000회에 달합니다. 단일 배터리의 과충전 전압은 30V로, 발화나 폭발 위험이 없습니다. 리튬 인산철 양극 소재로 제작된 대용량 리튬 이온 배터리는 직렬 연결이 용이하여 전기 자동차의 빈번한 충방전 요구를 충족합니다.

인산철리튬은 무독성, 무공해, 안전, 광범위한 원료 공급, 저렴한 가격, 긴 수명 등의 장점을 가지고 있습니다. 차세대 리튬 이온 배터리의 이상적인 양극재입니다. 하지만 인산철리튬 배터리는 단점도 있습니다. 예를 들어, 인산철리튬 양극재의 충전 밀도가 낮고, 동일 용량의 인산철리튬 배터리는 코발산리튬과 같은 리튬 이온 배터리보다 부피가 크기 때문에 초소형 배터리에는 적합하지 않습니다.

리튬 철 인산염의 고유 특성으로 인해 저온 성능이 망간산리튬과 같은 다른 양극재보다 떨어집니다. 일반적으로 단일 셀(배터리 팩이 아닌 단일 셀임에 유의)의 경우, 배터리 팩의 측정된 저온 성능이 약간 더 높을 수 있습니다.

이는 방열 조건과 관련이 있으며, 용량 유지율은 0℃에서 약 60~70%, -10℃에서 40~55%, -20℃에서 20~40%입니다. 이러한 저온 성능은 전원 공급 장치의 사용 요건을 충족할 수 없습니다. 현재 일부 제조업체는 전해질 시스템 개선, 양극 배합 개선, 재료 성능 향상, 셀 구조 설계 개선 등을 통해 인산철리튬의 저온 성능을 개선하고 있습니다.

3원 리튬 배터리
3원계 폴리머 리튬 전지는 양극재로 리튬 니켈 코발트 망간산염(Li(NiCoMn)O2) 3원계 양극재를 사용하는 리튬 전지를 말합니다. 3원계 복합 양극재는 니켈염, 코발트염, 망간염을 원료로 합니다. 3원계 폴리머 리튬 전지의 니켈, 코발트, 망간의 비율은 실제 필요에 따라 조절할 수 있습니다. 3원계 재료를 양극재로 사용하는 전지는 리튬 코발트 전지에 비해 안전성은 높지만, 전압이 너무 낮습니다.

주요 장점은 다음과 같습니다. 사이클 성능이 우수합니다. 단점은 용도가 제한적이라는 것입니다. 그러나 국내 삼원계 리튬 전지 정책 강화로 인해 삼원계 리튬 전지 개발은 둔화되는 추세입니다.

리튬 망간 전지
리튬 망간산 배터리는 유망한 리튬 이온 양극 소재 중 하나입니다. 리튬 코발레이트와 같은 기존 양극 소재와 비교했을 때, 리튬 망간산 리튬은 풍부한 자원, 저렴한 가격, 무공해, 우수한 안전성, 우수한 증식 성능 등의 장점을 가지고 있습니다. 전력 배터리에 이상적인 양극 소재입니다. 그러나 사이클 성능과 전기화학적 안정성이 낮아 산업화에 큰 제약이 됩니다. 리튬 망간산 리튬은 주로 스피넬 리튬 망간산 리튬과 층상 리튬 망간산 리튬으로 구성됩니다. 스피넬 리튬 망간산 리튬은 안정적인 구조를 가지고 있어 산업 생산이 용이합니다. 현재 시판되는 제품은 모두 이러한 구조를 가지고 있습니다. 스피넬 리튬 망간산 리튬은 입방정계, Fd3m 공간군에 속하며, 이론 비용량은 148mAh/g입니다. 3차원 터널 구조 덕분에 리튬 이온이 스피넬 격자 구조의 붕괴 없이 가역적으로 분리될 수 있어, 뛰어난 배율 성능과 안정성을 자랑합니다.

3. 니켈수소 배터리
NiMH 전지는 성능이 우수한 전지입니다. 니켈 수소 전지의 양극 활물질은 Ni(OH)2(NiO 전극이라고 함)이고, 음극 활물질은 수소 저장 합금(수소 저장 전극이라고 함)이라고도 하는 금속 수소화물이며, 전해질은 6mol/L 수산화칼륨 용액입니다.

니켈수소 전지는 고전압 니켈수소 전지와 저전압 니켈수소 전지로 구분됩니다.

저전압 니켈수소 전지는 다음과 같은 특징을 가지고 있습니다: (1) 전지 전압은 1.2~1.3V로 니켈 카드뮴 전지와 동일합니다; (2) 에너지 밀도가 높아 니켈 카드뮴 전지의 1.5배 이상입니다; (3) 충전 및 방전이 빠르고 저온 성능이 좋습니다; (4) 밀봉성이 뛰어나고 과충전 및 과방전 저항성이 강합니다; (5) 수상 결정이 생성되지 않아 전지의 단락을 방지할 수 있습니다; (6) 안전하고 신뢰할 수 있으며 환경 오염이 없고 메모리 효과가 없습니다.

고전압 니켈수소 전지는 다음과 같은 특징을 가지고 있습니다. (1) 높은 신뢰성. 과방전 및 과충전 보호 기능이 우수하고, 높은 충방전 속도를 견딜 수 있으며, 덴드라이트 형성이 없습니다. 또한, 우수한 비특성을 가지고 있으며, 비질량 용량은 60A·h/kg으로 니켈 카드뮴 전지의 5배에 달합니다. (2) 최대 수천 회에 달하는 긴 사이클 수명을 자랑합니다. (3) 완전 밀봉되어 유지 보수가 간편합니다. (4) 저온 성능이 우수하며 -10℃에서도 용량 변화가 크지 않습니다.

NiMH 배터리의 주요 장점은 다음과 같습니다. 에너지 밀도가 높고, 충전 및 방전 속도가 빠르며, 무게가 가볍고, 수명이 길며, 환경 오염이 없습니다. 단점은 메모리 효과가 적고, 관리 문제가 많으며, 단일 배터리 분리막 용융이 쉽게 형성된다는 것입니다.

4. 유동 셀
액체 흐름 전지는 새로운 유형의 배터리입니다. 액체 흐름 전지는 양극과 음극의 전해질을 분리하여 순환시키는 고성능 배터리입니다. 고용량, 광범위한 응용 분야(환경), 긴 사이클 수명이라는 특징을 가지고 있으며, 현재 새로운 에너지 제품으로 자리 잡고 있습니다.

액체 흐름 전지는 일반적으로 에너지 저장 발전소 시스템에 사용되며 스택 유닛, 전해액 및 전해액 저장 및 공급 유닛, 제어 및 관리 유닛 등으로 구성됩니다. 핵심은 스택과 (스택은 산화 환원 반응을 위한 수십 개의 셀로 구성됨) 단일 셀로 구성되어 특정 요구 사항에 따라 직렬로 충전 및 방전되며 구조는 연료 전지 스택과 유사합니다.

바나듐 흐름 전지는 새로운 유형의 전력 저장 및 에너지 저장 장비입니다. 태양광 및 풍력 발전 공정의 보조 에너지 저장 장치로 사용될 뿐만 아니라, 전력망의 피크 부하 저감(peak shaving)을 통해 전력망의 안정성을 향상시키고 전력망의 보안을 확보하는 데에도 사용될 수 있습니다. 주요 장점은 다음과 같습니다. 유연한 레이아웃, 긴 사이클 수명, 빠른 응답 시간, 유해 배출 없음. 단점은 에너지 밀도 변동이 크다는 것입니다.

5. 나트륨황전지
나트륨황 전지는 양극, 음극, 전해질, 격막, 그리고 외피로 구성됩니다. 일반적인 2차 전지(납축전지, 니켈카드뮴 전지 등)와 달리, 나트륨황 전지는 용융 전극과 고체 전해질로 구성됩니다. 음극의 활성 물질은 용융 금속 나트륨이고, 양극의 활성 물질은 액체 황과 용융 폴리황화나트륨입니다. 이차 전지는 음극에 금속 나트륨, 양극에 황, 그리고 전해질 분리막으로 세라믹 튜브를 사용합니다. 특정 작동 온도에서 나트륨 이온은 전해질 막을 통해 황과 가역적으로 반응하여 에너지를 방출하고 저장할 수 있습니다.

새로운 유형의 화학 동력원으로, 이 배터리는 출시 이후 크게 발전해 왔습니다. 나트륨-황 배터리는 크기가 작고 용량이 크며, 수명이 길고 효율이 높습니다. 피크 쉐이빙(peak shaving) 및 밸리 필링(valley filling)과 같은 전기 에너지 저장, 비상 전력 공급, 풍력 발전 등에 널리 사용됩니다.

주요 장점은 다음과 같습니다. 1) 비에너지(즉, 배터리의 단위 질량 또는 단위 부피당 유효 전기 에너지)가 더 높습니다. 이론적인 비에너지는 760Wh/kg으로, 실제로는 150Wh/kg을 초과하여 납축전지의 3~4배에 달합니다. 2) 동시에 대전류 및 고출력 방전이 가능합니다. 방전 전류 밀도는 일반적으로 200~300mA/cm²에 달하며, 순간적으로 고유 에너지의 3배를 방출할 수 있습니다. 3) 충방전 효율이 높습니다.

나트륨 유황 전지에도 단점이 있습니다. 작동 온도가 300~350℃에 달하기 때문에 작동 중에는 배터리를 가열하고 따뜻하게 유지해야 합니다. 하지만 고성능 진공 단열 기술을 사용하면 이 문제를 효과적으로 해결할 수 있습니다.

6. 납탄소 배터리
납 탄소 배터리는 용량성 납축전지의 일종으로, 기존 납축전지에서 발전된 기술입니다. 배터리 음극에 활성탄을 첨가하여 납축전지의 수명을 크게 향상시킬 수 있습니다.

납-탄소 배터리는 납축전지와 슈퍼커패시터를 결합한 새로운 유형의 슈퍼 배터리입니다. 슈퍼커패시터의 순간 대용량 충전이라는 장점뿐만 아니라 납축전지의 고유 에너지 장점도 활용하여 매우 우수한 충방전 성능을 제공합니다. 90분 만에 완전 충전이 가능하며, 이러한 방식으로 충방전할 경우 납축전지의 수명은 30회 미만입니다. 또한, 탄소(그래핀)를 첨가하여 음극의 황산화 현상을 방지하여 기존 배터리 고장률을 개선하고 수명을 연장합니다.

납탄소 배터리는 비대칭 슈퍼커패시터와 납축전지를 내부 병렬 연결 형태로 혼합한 것입니다. 새로운 유형의 슈퍼 배터리인 납탄소 배터리는 납축전지와 슈퍼커패시터 기술을 결합한 것입니다. 용량 특성과 배터리 특성을 모두 갖춘 이중 기능 에너지 저장 배터리입니다. 따라서 대용량 슈퍼커패시터의 순간 전력 충전 장점을 충분히 발휘할 뿐만 아니라 1시간 만에 완전히 충전할 수 있는 납축전지의 에너지 장점도 충분히 발휘합니다. 충전 및 방전 성능이 우수합니다. 납탄소 기술을 사용했기 때문에 납탄소 배터리의 성능은 기존 납축전지보다 훨씬 뛰어나 하이브리드 전기 자동차, 전기 자전거 등의 신에너지 자동차에 사용할 수 있습니다. 풍력 발전 및 에너지 저장과 같은 새로운 에너지 저장 분야에도 사용할 수 있습니다.