飛輪電池

飛輪電池是20世紀(jì)90年代提出的一種新概念電池。它打破了化學(xué)電池的局限，使用物理方法來結(jié)束能量儲存。

飛輪電池里有一個(gè)馬達(dá)。充電時(shí)，電機(jī)按電機(jī)方式工作。由外部電源驅(qū)動，電機(jī)帶動飛輪高速旋轉(zhuǎn)。電機(jī)在放電時(shí)，運(yùn)行在發(fā)電機(jī)的狀態(tài)下，由飛輪驅(qū)動輸出電能，結(jié)束機(jī)械能(動能)向電能的轉(zhuǎn)換。當(dāng)飛輪電池宣告充電時(shí)，飛輪速度逐漸下降，速度極高(最高可達(dá)200000r/min)。使用的軸承是非接觸式磁性軸承。據(jù)說飛輪電池的比能可達(dá)150Wh/kg，比功率可達(dá)5000-10000w/kg，使用壽命可達(dá)25年。它可以為電動汽車行駛500萬公里。美國飛輪系統(tǒng)公司已經(jīng)成功地將一輛克萊斯勒LHS汽車改裝成一輛使用最新研發(fā)的飛輪電池的電動汽車，一次充電可以跑600公里，在6.5秒內(nèi)從靜止加速到96公里/小時(shí)。

飛輪,能源存儲元素,已經(jīng)使用了數(shù)千年,重要利用其慣性平衡速度和突破死點(diǎn),因?yàn)樗麄兊臓I業(yè)周期很短,每一個(gè)旋轉(zhuǎn)的時(shí)間是短暫的,在這么短的時(shí)間內(nèi),飛輪可以忽視的能源消耗。現(xiàn)在，假如你想用飛輪來平衡12到24小時(shí)的能量，飛輪本身是非常節(jié)能的。能耗重要來自軸承沖突和空氣阻力。人們已經(jīng)改變了軸承結(jié)構(gòu)，如滾動軸承的滑動軸承、液體動壓軸承、氣體動壓軸承等，以減少軸承的沖突力，通過真空的方式來減少空氣阻力，使軸承的沖突系數(shù)降低到10-3。即使在這個(gè)水平上，飛輪中25%的能量在一天內(nèi)就會損耗掉，仍然不足以進(jìn)行有效的存儲。

近年來飛輪儲能技術(shù)的突破性進(jìn)展重要基于以下三個(gè)方面:一是高能永磁體和高溫超導(dǎo)體的出現(xiàn);二是高強(qiáng)度纖維復(fù)合材料數(shù)據(jù)的介紹;三是電力電子技術(shù)的快速開放。

超導(dǎo)磁懸浮的工作原理是這樣的:當(dāng)永磁體的一個(gè)磁極與超導(dǎo)體對準(zhǔn)并靠近時(shí)，超導(dǎo)體上就會出現(xiàn)感應(yīng)電流。電流出現(xiàn)的磁場正好與永磁體的磁場相反，所以兩者之間出現(xiàn)斥力。由于超導(dǎo)體的電阻為零，感應(yīng)電流強(qiáng)度將持續(xù)存在。假如永磁體在垂直方向上靠近超導(dǎo)體，則永磁體將懸浮在其組成部分與斥力相等的位置，上下兩部分的左右干涉將受到抵制。當(dāng)干擾力消除后，仍然可以恢復(fù)到原來的位置，形成穩(wěn)定的磁懸浮。假如用永磁體代替下面的超導(dǎo)體，在水平方向上兩個(gè)永磁體之間也會出現(xiàn)斥力，所以永磁體懸浮是不穩(wěn)定的。

利用超導(dǎo)特性，我們可以將具有一定質(zhì)量的飛輪置于永磁體的頂部，飛輪可兼作電機(jī)轉(zhuǎn)子。當(dāng)電機(jī)充電時(shí)，飛輪新增儲能，變壓器能量為機(jī)械能。當(dāng)飛輪減速時(shí)，它可以釋放能量，將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能。除了飛輪的質(zhì)量(部件)外，飛輪儲能的大小也與飛輪上每個(gè)點(diǎn)的速度有關(guān)。因此，向前飛輪的速度比新增的質(zhì)量更加有用。然而，飛輪的速度受到飛輪本身數(shù)據(jù)的限制。速度過高時(shí)，飛輪可能會被強(qiáng)大的離心力撕裂。因此，選用高強(qiáng)度、低密度、高強(qiáng)度的復(fù)合纖維飛輪來儲存更多的能量。現(xiàn)在使用的碳纖維復(fù)合材料可以以每秒1000米的線性速度前進(jìn)，比子彈還快。正是由于高強(qiáng)度復(fù)合材料的出現(xiàn)，飛輪儲能才進(jìn)入了實(shí)用階段。