DKSESS 100KW オフグリッド/ハイブリッド オールインワン太陽光発電システム

エネルギー貯蔵システムにおけるバッテリーの比較
電池式エネルギー貯蔵は化学的エネルギー貯蔵であり、選択する電池の種類に応じて、鉛蓄電池、リチウム電池、ニッケル水素電池、液体フロー電池（バナジウム電池）、ナトリウム硫黄電池、鉛炭素電池などに分類されます。

1. 鉛蓄電池
鉛蓄電池には、コロイド型と液体型（いわゆる一般的な鉛蓄電池）があり、地域によって使い分けられています。コロイド型電池は耐寒性が強く、15℃以下の温度では液体型電池よりも動作エネルギー効率がはるかに優れており、断熱性能も優れています。

コロイド鉛蓄電池は、一般的な液体電解質を用いた鉛蓄電池の改良型です。硫酸電解液の代わりにコロイド電解液を使用することで、安全性、蓄電容量、放電性能、寿命の面で一般的な電池よりも優れています。コロイド鉛蓄電池はゲル状の電解液を採用しており、内部に遊離液は存在しません。同体積下では、電解液は大容量、高熱容量、強力な放熱性を有し、一般的な電池に見られる熱暴走現象を回避できます。また、電解液濃度が低いため、極板の腐食が弱く、濃度が均一で電解液の層状化もありません。

一般的な鉛蓄電池は、電極が主に鉛とその酸化物で構成され、電解液が硫酸溶液である電池の一種です。鉛蓄電池の放電状態では、正極の主成分は二酸化鉛、負極の主成分は鉛です。充電状態では、正極と負極の主成分は硫酸鉛です。単セル鉛蓄電池の公称電圧は2.0Vで、1.5Vまで放電、2.4Vまで充電できます。実用上、6個の単セル鉛蓄電池を直列に接続して公称12Vの鉛蓄電池を形成することが多く、24V、36V、48Vなどの鉛蓄電池も使用できます。

その主な利点は、安全な密封、エア抜きシステム、簡単なメンテナンス、長寿命、安定した品質、高い信頼性、メンテナンスフリーなどです。欠点は、鉛汚染が大きく、エネルギー密度が低い（つまり、重すぎる）ことです。

2. リチウム電池
「リチウム電池」とは、リチウム金属またはリチウム合金を正極材料とし、非水電解液を用いた電池の一種です。リチウム金属電池とリチウムイオン電池の2種類に分けられます。

リチウム金属電池は、一般的に二酸化マンガンを正極材料として、金属リチウムまたはその合金金属を正極材料として用い、非水電解液を使用します。リチウムイオン電池は、一般的にリチウム合金金属酸化物を正極材料として、グラファイトを正極材料として用い、非水電解液を使用します。リチウムイオン電池は金属リチウムを含まず、充電可能です。エネルギー貯蔵に使用されているリチウム電池はリチウムイオン電池であり、「リチウム電池」と呼ばれます。

エネルギー貯蔵システムに使用されるリチウム電池には、主にリン酸鉄リチウム電池、三元リチウム電池、マンガン酸リチウム電池があります。単電池は電圧が高く、動作温度範囲が広く、比エネルギーと効率が高く、自己放電率が低いという特徴があります。保護回路や均等化回路を用いることで、安全性と寿命を向上させることができます。そのため、様々な電池の長所と短所を考慮すると、比較的成熟した産業チェーン、安全性、信頼性、そして環境への配慮から、リチウム電池はエネルギー貯蔵発電所の第一選択肢となっています。

主な利点は、耐用年数が長く、貯蔵エネルギー密度が高く、軽量で適応性に優れていることです。欠点は、安全性が低く、爆発しやすいこと、コストが高いこと、使用条件が限られていることです。

リン酸鉄リチウム
リン酸鉄リチウム電池とは、リン酸鉄リチウムを正極材料として用いたリチウムイオン電池を指します。リチウムイオン電池の正極材料には、主にコバルトリチウム、マンガン酸リチウム、ニッケル酸リチウム、三元系材料、リン酸鉄リチウムなどがあります。コバルトリチウムは、ほとんどのリチウムイオン電池で使用されている正極材料です。

リン酸鉄リチウムは、リチウム動力電池の材料として近年登場したばかりです。2005年に中国で大容量のリン酸鉄リチウム電池が開発されました。その安全性能とサイクル寿命は他の材料とは比べものになりません。1C充放電サイクル寿命は2000回に達します。単電池の過充電電圧は30Vで、発火や破裂の心配がありません。リン酸鉄リチウムを正極材料とした大容量リチウムイオン電池は、電気自動車の頻繁な充放電のニーズを満たすため、直列接続が容易です。

リン酸鉄リチウムは、無毒、無公害、安全、原材料の入手性、価格、長寿命などの利点を有しており、次世代リチウムイオン電池の理想的な正極材料です。しかし、リン酸鉄リチウム電池には欠点もあります。例えば、リン酸鉄リチウム正極材料のタンピング密度は低く、同等の容量を持つリン酸鉄リチウム電池の体積はコバルト酸リチウムなどのリチウムイオン電池よりも大きいため、マイクロ電池においては利点がありません。

リン酸鉄リチウムの固有の特性により、低温性能はマンガン酸リチウムなどの他の正極材料に比べて劣ります。一般的に、単セル（バッテリーパックではなく単セルであることに注意）の場合、バッテリーパックの測定された低温性能はわずかに高くなる場合があります。

これは放熱条件に関係しており、容量維持率は0℃で約60～70%、-10℃で約40～55%、-20℃で約20～40%です。このような低温性能では、明らかに電源の使用要件を満たせません。現在、一部のメーカーは、電解質システムの改良、正極の配合の改良、材料性能の向上、セル構造の設計改善などにより、リン酸鉄リチウムの低温性能を向上させています。

三元リチウム電池
三元系ポリマーリチウム電池とは、正極材料としてニッケルコバルトマンガン酸リチウム（Li(NiCoMn)O2）三元系正極材料を用いたリチウム電池を指します。三元系複合正極材料は、ニッケル塩、コバルト塩、マンガン塩を原料として作られています。三元系ポリマーリチウム電池におけるニッケル、コバルト、マンガンの割合は、実際のニーズに応じて調整できます。三元系材料を正極材料とした電池は、リチウムコバルト電池に比べて安全性が高いですが、電圧が低すぎます。

主な利点は、良好なサイクル特性です。欠点は、用途が限られていることです。しかし、国内の三元系リチウム電池に関する政策の厳格化により、三元系リチウム電池の開発は減速傾向にあります。

マンガン酸リチウム電池
マンガン酸リチウム電池は、最も有望なリチウムイオン正極材料の一つです。コバルト酸リチウムなどの従来の正極材料と比較して、マンガン酸リチウムは資源が豊富で、コストが低く、汚染がなく、安全性が高く、増殖性能が優れているなどの利点があり、パワーバッテリーの理想的な正極材料です。しかし、サイクル性能と電気化学的安定性が低いため、産業化が大きく制限されています。マンガン酸リチウムには、主にスピネルマンガン酸リチウムと層状マンガン酸リチウムがあります。スピネルマンガン酸リチウムは構造が安定しており、工業生産が容易です。現在市販されている製品はすべてこの構造です。スピネルマンガン酸リチウムは立方晶系、Fd3m空間群に属し、理論上の比容量は148mAh/gです。3次元トンネル構造のため、リチウムイオンは構造の崩壊を引き起こすことなくスピネル格子から可逆的に脱離することができ、優れた増殖性能と安定性を備えています。

3. ニッケル水素電池
NiMH電池は優れた性能を持つ電池の一種です。ニッケル水素電池の正極活物質はNi(OH)2（NiO電極）、負極活物質は金属水素化物（水素吸蔵合金とも呼ばれる）（水素吸蔵電極）、電解液は6mol/L水酸化カリウム溶液です。

ニッケル水素電池は、高電圧ニッケル水素電池と低電圧ニッケル水素電池に分けられます。

低電圧ニッケル水素電池の特徴は次のとおりです：(1) 電池電圧は 1.2 ～ 1.3 V で、ニッケルカドミウム電池と同等です。(2) エネルギー密度が高く、ニッケルカドミウム電池の 1.5 倍以上です。(3) 充放電が速く、低温性能が優れています。(4) 密閉可能で、過充放電耐性が強いです。(5) 樹枝状結晶が生成されないため、電池の短絡を防止できます。(6) 安全で信頼性が高く、環境を汚染せず、メモリ効果もありません。

高電圧ニッケル水素電池は、以下の特徴を備えています。(1) 信頼性が高く、過放電・過充電保護に優れ、高い充放電率にも耐え、デンドライトが発生しません。比容量も良好で、比質量容量は60A・h/kgとニッケルカドミウム電池の5倍です。(2) サイクル寿命が長く、数千回まで繰り返し使用できます。(3) 完全密閉型で、メンテナンスの手間が省けます。(4) 低温性能に優れ、-10℃でも容量に大きな変化はありません。

NiMH バッテリーの主な利点は、エネルギー密度が高く、充放電速度が速く、重量が軽く、耐用年数が長く、環境汚染がないことです。欠点は、メモリ効果がわずかで、管理上の問題が多く、単一のバッテリーセパレーターが溶けやすいことです。

4. フローセル
液体フロー電池は新しいタイプの電池です。正極と負極の電解質を分離して個別に循環させる高性能電池で、高容量、幅広い応用分野（環境）、長サイクル寿命などの特徴を有し、現在注目されている新エネルギー製品です。

液体フロー電池は、一般的にエネルギー貯蔵発電所のシステムに使用され、スタックユニット、電解液および電解液貯蔵・供給ユニット、制御・管理ユニットなどで構成されています。コアはスタックと（スタックは酸化還元反応のための数十個のセルで構成されている）と特定の要件に従って直列に充電および放電するための単一のセルで構成されており、その構造は燃料電池スタックに似ています。

バナジウムフロー電池は、新しいタイプの電力貯蔵およびエネルギー貯蔵装置です。太陽光発電や風力発電プロセスの補助的なエネルギー貯蔵装置として使用できるだけでなく、電力網のピークカットにも利用でき、電力網の安定性を向上させ、電力網の安全性を確保します。主な利点は、柔軟な配置、長いサイクル寿命、高速応答、有害物質の排出がないことです。欠点は、エネルギー密度が大きく変動することです。

5. ナトリウム硫黄電池
ナトリウム硫黄電池は、正極、負極、電解質、隔膜、およびシェルで構成されています。一般的な二次電池（鉛蓄電池、ニッケルカドミウム電池など）とは異なり、ナトリウム硫黄電池は溶融電極と固体電解質で構成されています。負極の活物質は溶融金属ナトリウム、正極の活物質は液体硫黄と溶融多硫化ナトリウムです。金属ナトリウムを負極、硫黄を正極、セラミック管を電解質セパレーターとして用いた二次電池です。一定の作動度において、ナトリウムイオンは電解質膜を介して硫黄と可逆的に反応し、エネルギーの放出と貯蔵を行います。

新しい化学電源として、このタイプの電池は登場以来、大きく発展してきました。ナトリウム硫黄電池は小型で大容量、長寿命、高効率を特徴としており、ピークカットやバレーフィルなどの電力貯蔵、非常用電源、風力発電などに広く利用されています。

主な利点は以下のとおりです。1) 比エネルギー（電池の単位質量または単位体積あたりの有効電気エネルギー）が高い。理論上の比エネルギーは760Wh/Kgですが、実際には150Wh/Kgを超えており、鉛蓄電池の3～4倍に相当します。2) 同時に、大電流・高出力で放電できます。放電電流密度は通常200～300mA/cm²に達し、瞬時に電池固有のエネルギーの3倍を放出できます。3) 充放電効率が高い。

ナトリウム硫黄電池にも欠点があります。動作温度は300～350℃と高温になるため、動作中に電池を加熱・保温する必要があります。しかし、この問題は高性能真空断熱技術を用いることで効果的に解決できます。

6. 鉛炭素電池
鉛蓄電池は、従来の鉛蓄電池から進化した技術である容量性鉛蓄電池の一種です。電池の負極に活性炭を添加することで、鉛蓄電池の寿命を大幅に向上させることができます。

鉛カーボン電池は、鉛蓄電池とスーパーキャパシターを組み合わせた新しいタイプのスーパーキャパシター電池です。スーパーキャパシターの瞬時大容量充電の利点に加え、鉛蓄電池の比エネルギーの利点も活かし、優れた充放電性能を備えています。90分でフル充電が可能です（この方法で充放電した場合、鉛蓄電池の寿命は30回未満です）。さらに、炭素（グラフェン）の添加により、負極の硫酸化現象を抑制し、従来の電池故障要因を改善し、電池寿命を延ばします。

鉛カーボン電池は、非対称スーパーキャパシタと鉛蓄電池を内部並列に接続した混合型です。新型スーパーバッテリーとして、鉛蓄電池とスーパーキャパシタの技術を融合させたもので、容量特性と電池特性を併せ持つデュアル機能エネルギー貯蔵バッテリーです。そのため、大容量のスーパーキャパシタの瞬間充電の利点を十分に発揮できるだけでなく、1時間でフル充電できる鉛蓄電池のエネルギー的利点も十分に発揮します。優れた充放電性能を備えています。鉛カーボン技術を採用した鉛カーボン電池の性能は従来の鉛蓄電池をはるかに上回り、ハイブリッド電気自動車、電動自転車などの新エネルギー車両に使用できます。また、風力発電やエネルギー貯蔵などの新エネルギー貯蔵分野でも使用できます。