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飞轮电池的概念起源于上世纪70年代早期,最初只是想将其应用在电动汽车上,但限于当时的技术水平,并没有得到发展。直到上世纪90年代由于电路拓扑思想的发展,碳纤维材料的广泛应用,以及全世界范围对污染的重视,这种新型电池又得到了高速发展,并且伴随着磁轴承技术的发展,这种电池显示出更加广阔的应用前景,现正迅速地从实验室走向社会。欧美国家已出现实用化产品,而我国在这方面的研究才刚刚起步。飞轮电池突破了化学电池的局限,用物理方法实现储能。众所周知,当飞轮以一定角速度旋转时,它就具有一定的动能,飞轮电池正是以其动能转换成电能的。
1.2飞轮电池的工作原理 飞轮电池分为充电、能量保持和放电三种工作状态。飞轮电池能量的存储是靠飞轮的惯性来实现的,若飞轮运行于理想状态,没有任何阻力损耗,能量将全部被保存并释放出来。飞轮电池的储能能力取决于飞轮的转动惯量和转速,而提高转速能够使飞轮电池的储能能力得到更大的提高。
2飞轮电池与其他电池的比较 目前使用最多、最广泛的储能电池无疑是化学电池,它将电能转变为化学能储存,再转化为电能输出,它价格低廉,技术成熟,但污染严重,效率低下,充电时间长,使用时间短,使用过程中电能不易控制。另一储能电池是超导电池,它把电能转化为磁能储存在超导线圈的磁场中,由于超导状态下线圈没有电阻,所以能量损耗非常小,效率也高,对环境污染也小。但由于超导状态是线圈处于极低温度下才能实现的,维持线圈处于超导状态所需要的低温需耗费大量能源,而且维持装置过大,不易小型化,所以市场前景不好。被誉为改变未来世界的十大科技之首的燃料电池,是一种将燃料的化学能转化为电能的装置,它由燃料、氧化剂、电极、电解液等组成。燃料一般采用氢,而电极只用作化学反应的场所并不参与化学反应,所以这种装置质量轻、无污染、不用充电、工作可靠、寿命长。然而它是通过不断补充燃料来维持能量供应的,所以它需要不断进行维护,这也就决定了其应用范围必然不会很广,不过它在汽车和电力工业中却备受青睐。
(1)能量密度高。储能密度可达100Wh/kg-200Wh/kg,比功率可达5000W/kg~10000W/kg。 (2)能量转换效率高。工作效率高达90%。 (3)体积小、重量轻。飞轮直径约为20cm多,总质量在10kg多。 (4)工作温度范围宽。对环境温度没有严格要求。 (5)使用寿命长。不受重复深度放电影响,能够循环几百万次运行,预期寿命长达25年,可供电动汽车行驶500万km。 (6)低损耗、低维护。磁悬浮轴承和真空环境使机械损耗可以被忽略,系统维护周期长。 美国飞轮系统公司已用最新研制的飞轮电池成功地把一辆克莱斯勒LHS轿车改成电动轿车,一次充电可行驶600km,由静止到96km/h加速时间为65s。
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