供燃料

1.1 电化学储能与转化

电能在我们的日常生活和工业生产中起着非常重要的作用。化石燃料、核热能和可再生能源（例如太阳能、风能和生物质能）都可以转换成电能[1]。不幸的是，能量转换过程总是伴随着大量的能量损失。例如，核热能转化为电能的效率仅为约30％。此外，来自可再生能源的电能高度依赖于天气、季节和地域，无法及时满足实际需求。因此，迫切需要解决电能的存储和转换问题。开发先进的能量存储和转换技术对于提高能源利用效率和扩大能源应用领域至关重要。二次电池、超级电容器、水电解器和燃料电池是一些典型的电化学能量存储和转换装置。图1.1显示了这些电化学能量存储和转换系统的示意图[2]。水电解器可将电能转化为化学能，产生氢气（转化效率约为 70%），供燃料电池进一步使用。在相反的过程中，燃料电池将化学能转化为电能。二次电池（如锂离子电池）的能量转化过程是可逆的。在充电过程中，电能可以转化为化学能 [3]。在放电过程中，化学能又转化回电能。转化速度决定了系统功率，而存储容量与系统能量有关。一般来说，由于内部系统的原因，能量转换和存储的活性材料被集成到二次电池中。与二次电池不同，电解器和燃料电池系统适用于分离的转换器和存储。这种电化学存储和转换系统通常比集成存储和转换器的系统提供更高的能量。因此，电解器和燃料电池也引起了广泛关注 [4]。本文简要概述了典型的二次电池、超级电容器、燃料电池和水电解器。