BỘ GIÁO DỤC DỤC VÀ ĐÀO TẠO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP.HCM KHOA ĐIỆ N – ĐIỆ – ĐIỆ N TỬ
TIỂU LUẬN MÔN HỌ HỌC: TÍCH TR Ữ NĂNG Ữ NĂNG LƯỢ NG NG TRONG HỆ HỆ THỐNG THỐNG ĐIỆN ĐIỆN ĐỀ TÀI: ĐỀ TÀI: Pin NaNiCl GVHD: TS. LÊ K Ỷ SVTH: 1. Nguyễn Ngọc Minh 2. Lê Thị Thảo Ngọc 3. Nguyễn Tr ọng Minh 4. Lâm Công Minh 5. Phan Quốc Minh 6. Lê Thị Xuân Mai
TPHCM 5-2017
MỤC LỤC 1. TỔNG QUAN ..................................................................................................................................................... 2 2. CẤU TẠO VÀ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA PIN NANICL ................................................................ 2 3. THÔNG SỐ PIN ................................................................................................................................................. 3 4. ƯU, KHUYẾT ĐIỂM......................................................................................................................................... 3 5. SO SÁNH PIN NANICL VỚ I CÁC CÔNG NGHỆ TÍCH TR Ữ KHÁC ...................................................... 4 6. Ứ NG DỤNG........................................................................................................................................................ 8 7. K ẾT LUẬN ......................................................................................................................................................... 8
1
1. Tổng quan Pin NaNiCl được phát minh năm 1985 bởi ZEBRA (the Zeolite Battery Research Africa Project), đ ứng đầu bở i tiến sĩ Johan Coetzer ở CSIR (the Council for Scientifc and Industrial Research) ở Pretoria, Nam Phi. Ký hiệu hoá học của pin Sodium-nickel chloride (hay Natri niken clorua) là NaNiCl.
Hình 1: Tiến sĩ Johan Coetzer
2. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của pin NaNiCl Pin NaNiCl chứa kim loại Na làm cực âm , còn c ực dương là NiCl2/FeCl2. M ột thiết b ị cách điện b ằng sứ đượ c sử dụng để tách biệt anot và catot. Ch ất điện phân thứ hai là NaAlCl 4 đượ c sử dụng để vận chuyển ion Na+ giữa hai điện cực. Pin hoạt động ở nhiệt độ khoảng 300oC nhằm làm tăng hệ số khu ếch tán giữa các ch ất phản ứng và tăng độ dẫn điện của các ch ất điện phân. Phản ứng hóa h ọc ở cực âm: 2Na ↔ 2Na+ + 2e-
Phản ứng hóa h ọc ở cực dương: NiCl 2 + 2Na+ + 2e- ↔ Ni + 2NaCl
Do đó phản ứng hóa học tổng thể sẽ là: NiCl 2 + 2Na
Ni + 2NaCl
↔
(Chiều thuận là chi ều phản ứng khi nạ p pin, chiều nghịch là chiều phản ứng khi xả pin)
2
Hình 2: Mô phỏng cấu tạo và nguyên lý ho ạt động của pin NaNiCl
3. Thông số pin Thông số pin Nhiệt độ Điện+ áp Dòng điện Công suất Điện tr ở nội Áp suất
Gía tr ị thông số ở điều kiện làm việc 270oC – 350 oC 1.8V – 3.4V 20A – 100A 100W – 200W 7mΩ - 10mΩ 1bar – 2 bar ~
~ ~
~
~
4. Ưu, khuyết điểm
Ưu điể m:
Tiết kiệm năng lượng (ưu điễm chung của các công ngh ệ tích tr ữ năng lượ ng), không cần làm mát, có thể tích hợ p BMS, số chu k ỳ làm việc l ớ n (trên 2500 chu k ỳ v ớ i m ức xã sâu 80%), tu ổi th ọ cao (từ 10 năm trở lên), không gây ô nhi ễm môi trườ ng và thân thi ện với môi trườ ng. Vật liệu pin có thể tái chế: Thành ph ần pin r ất h ữu ích cho sản xu ất thép không gỉ và đòi hỏi một quy trình tái chế thích hợ p. Các s ản phẩm thu đượ c từ tái chế là: Hợ p kim loại hữu ích cho sản xuất thép không gỉ, phần còn l ại đượ c dùng làm lót n ền đườ ng. Người ta ướ c tính hiệu quả tái chế là 50%. Giá tr ị vật liệu tái chế bù đắ p các chi phí quá trình tái chế vì vậy không cần đền chi phí bổ sung.
An toàn, nguy cơ cháy nổ không đáng kể . Mật độ năng lượ ng cao trên 150Wh/kg. 3
Khuyết điể m:
Pin chỉ hoạt động ở nhiệt độ cao. Chi phí sản xuất pin cao (chiếm 50-60% tổng chi phí sản xuất).
Năng lượ ng tích tr ữ đượ c nhanh hết, 2 ngày n ạ p pin mỗi lần.
5. So sánh pin NaNiCl vớ i các công nghệ tích trữ khác
Hình 3. Các công nghệ tích trữ Từ hình 3 cho thấy các công nghệ tích trữ thích hợp nhất cho ba loại hoạt động quan trọng sau: cung cấp điện liên tục (Uninteruptible Power Supply Power Quality), hỗ trợ lưới điện truyền tải và phân phối (T$D Grid Support) và quản lý năng lượng (Bulk Power Management ). Trong đó pin NaNiCl thuộc nhóm Grid Support. So với các loại công nghệ khác thì pin NaNiCl thuộc nhóm trung bình, có công suất khoảng từ vài trăm đến vài MW, và thời gian xã khoảng vài phút.
4
Hình 4.So sánh các công nghệ tích trữ Về Specific Energy (năng lượng riêng), pin NaNiCl có mức năng lượng khoảng 110Wh/kg, đứng thứ 3 trong 5 loại pin, và đứng thứ 3 trong 8 công nghệ tích trữ đã học. Về Specific Power (công suất riêng), pin NaNiCl có mức công suất khoảng 140W/kg, đứng thứ 5 trong 5 loại pin, và đứng thứ 6 trong 8 công nghệ tích trữ đã học. Về Energy Density (mật độ năng lượng), pin NaNiCl có mật độ năng lượng khoảng 160 kWh/m3, đứng thứ 4 trong 5 loại pin, và đứng thứ 4 trong 8 công nghệ tích trữ đã học. Về Power Density (mật độ công suất), pin NaNiCl có mật độ công suất khoảng 220W/m 3, đứng thứ 3 trong 5 loại pin, và đứng thứ 4 trong 8 công nghệ tích trữ đã học.
5
Hình 5.So sánh các công nghệ tích trữ Về Efficiency (hiệu suất), pin NaNiCl có hiệu suất khoảng 70%, đứng thứ 3 trong 5 loại pin, và đứng thứ 5 trong 8 công nghệ tích trữ đã học. Về Self Discharge Rate (khả năng tự xã), pin NaNiCl có mức tự xã khoảng 17.71%/ngày, khá cao so với các công nghệ tích trữ khác, đứng thứ 1 trong 5 loại pin, và đứng thứ 2 trong 8 công nghệ tích trữ đã học. Về Lifespan (tuổi thọ), pin NaNiCl có tuổi thọ khoảng 10 năm, đứng thứ 4 trong 5 loại pin, và đứng thứ 7 trong 8 công nghệ tích trữ đã học. Về Cycle life (chu kỳ), pin NaNiCl có chu kỳ làm việc khoảng 2500 chu kỳ, đứng thứ 4 trong 5 loại pin, và đứng thứ 7 trong 8 công nghệ tích trữ đã học.
6
Hình 6.So sánh các công nghệ tích trữ Về Energy Capital Cost (chi phí năng lượng), pin NaNiCl có mức chi phí khoảng 200$/kWh, rẻ nhất trong 5 loại pin, và đứng thứ 6 trong 8 công nghệ tích trữ đã học. Về Power Capital Costs (chi phí công suất), pin NaNiCl có chi phí khoảng 3600$/kW, đắt nhất trong 5 loại pin cũng như trong 8 công nghệ tích trữ đã học. Về Scale (công suất tối đa), pin NaNiCl có công suất tối đa khoảng 10MW, đứng thứ 2 trong 5 loại pin, và đứng thứ 4 trong 8 công nghệ tích trữ đã học.
Hình 7.So sánh các công nghệ tích trữ 7
Về Technical Maturity (sự phát triển), trong 9 mức đánh giá về sự phát triển thì pin NaNiCl nằm ở mức 4 trong tiến độ phát triển, thuộc nhóm đã phát triển và đang được thương mại hoá. Về Environmental Impact (ảnh hưởng tới môi trường), trong 8 mức đánh giá về mức độ ảnh hưởng tới môi trường thì pin NaNiCl nằm ở mức 3, thuộc nhóm ảnh hưởng trung bình ít tới môi trường.
6. Ứ ng dụng Nguồn năng lượ ng dự phòng trong các h ệ thống viễn thông, tàu điệ n, UPS (bộ lưu trữ điện dự phòng)… Bộ tích tr ữ trong phương tiện giao thông ch ạy bằng điện: xe buýt, xe t ải nhỏ… Hệ thống tích tr ữ năng lượ ng cho các ngu ồn năng lượ ng tái tạo.
7. K ết luận Công nghệ pin NaNicl đã hoàn toàn trưởng thành để lưu trữ năng lượng điện quy mô l ớ n. Pin góp phần làm tăng giá trị nguồn năng lượ ng tái tạo. Đồng thờ i khắc phục tình tr ạng không cân b ằng giữa sản xu ất và tiêu thụ năng lượ ng. Ngoài ra, pin NaNiCl còn nâng cao ch ất lượ ng và khả năng đáp ứng của hệ thống điện với độ an toàn cao.
Tài liệu tham khảo: - wikipedia - https://www.researchgate.net/figure/281704971_fig14_Figure-15-Comparing-qualitative-metricstechnical-maturity-and-environmental-impact - Batteries for Electric Vehicles – a Survey and Recommendation by Volkan Y. Senyurek and ChengXian (Charlie) Lin - http://evworld.com/news.cfm?newsid=21965 - http://batteryaustralia.com.au/fiamm-battery/
8