飛輪儲能電池的概念起源于上世紀(jì)７０年代早期，最初只是想將其應(yīng)用在電動汽車上，但限于當(dāng)時的技術(shù)水準(zhǔn)，并沒有得到發(fā)展。直到上世紀(jì)９０年代由于電路拓?fù)渌枷氲陌l(fā)展，碳纖維材料的廣泛應(yīng)用，以及全世界范圍對污染的重視，這種新型電池又得到了高速發(fā)展，并且伴隨著磁軸承技術(shù)的發(fā)展，這種電池顯示出更加廣闊的應(yīng)用前景，現(xiàn)正迅速地從實驗室走向社會。現(xiàn)在歐美國家已出現(xiàn)實用化產(chǎn)品，而我國在這方面的研究才剛剛起步。
飛輪電池中有一個電機，充電時該電機以電動機形式運轉(zhuǎn)，在外電源的驅(qū)動下，電機帶動飛輪高速旋轉(zhuǎn)，即用電給飛輪電池“充電”，增加了飛輪的轉(zhuǎn)速從而增大其動能；放電時，電機則以發(fā)電機狀態(tài)運轉(zhuǎn)，在飛輪的帶動下對外輸出電能，完成機械能（動能）到電能的轉(zhuǎn)換。當(dāng)飛輪電池發(fā)出電的時，飛輪轉(zhuǎn)速逐漸下降，飛輪電池的飛輪是在真空環(huán)境下運轉(zhuǎn)的，轉(zhuǎn)速極高（高達200000r/min，使用的軸承為非接觸式磁軸承。據(jù)稱，飛輪電池比能呈可達150W ·h/kg，比功率達5000-10000W/kg，使用壽命長達25年，可供電動汽車行駛500萬公里。美國飛輪系統(tǒng)公司已用最新研制的飛輪池成功地把一輛克萊斯勒LHS轎車改成電動轎車，一次充電可行駛600km，由到96km/h加速時間為6.5秒。
飛輪電池兼顧了化學(xué)電池、燃料電池和超導(dǎo)電池等儲能裝置的諸多優(yōu)點，主要表現(xiàn)在如下幾個方面：
(1)能量密度高：儲能密度可達100～200 wh／kg，功率密度可達5 000～lO 000 w／kg。
(2)能量轉(zhuǎn)換效率高：工作效率高達百分之90。
(3)體積小、重量輕：飛輪直徑約二十多釐米，總重在十幾千克左右。
(4)工作溫度范圍寬：對環(huán)境溫度沒有嚴(yán)格要求。
(5)使用壽命長：不受重復(fù)深度放電影響，能夠迴圈幾百萬次運行，預(yù)期壽命20年以上。
(6)低損耗、低維護：磁懸浮軸承和真空環(huán)境使機械損耗可以被忽略，系統(tǒng)維護週期長。
還有它的充電速度可以很快，幾分鐘到十幾分鐘即可。
飛輪電池的應(yīng)用場合及現(xiàn)狀
由于技術(shù)和材料價格的限制，飛輪電池的價格相對較高，在小型場合還無法體現(xiàn)其優(yōu)勢。但在下列一些需大型儲能裝置的場合，使用化學(xué)電池的價格也非常昂貴，飛輪電池已得到逐步應(yīng)用。
1、太空
包括人造衛(wèi)星、飛船、空間站，飛輪電池一次充電可以提供同重量化學(xué)電池兩倍的功率，同負(fù)載的使用時間為化學(xué)電池的3～10倍。同時，因為它的轉(zhuǎn)速是可測可控的，故可以隨時查看電能的多少。美國太空總署已在空間站安裝了48個飛輪電池，聯(lián)合在一起可提供超過150KW的電能。據(jù)估計相比化學(xué)電池，可節(jié)約200萬美元左右。
2、交通運輸
包括火車和汽車，這種車輛采用內(nèi)燃機和電機混合推動，飛輪電池充電快，放電完全，非常適合應(yīng)用于混合能量推動的車輛中。車輛在正常行使時和剎車制動時，給飛輪電池充電，飛輪電池則在加速或爬坡時，給車輛提供動力，保證車輛運行在一種平穩(wěn)、最優(yōu)的狀態(tài)下的轉(zhuǎn)速，可減少燃料消耗，空氣和雜訊污染，發(fā)動機的維護，延長發(fā)動機的壽命。美國TEXAS大學(xué)已研制出一汽車用飛輪電池，電池在車輛需要時，可提供150KW的能量，能加速滿載車輛到100Km/h。在火車方面，德國西門子公司已研制出長1.5m，寬0.75m的飛輪電池，可提供3MW的功率，同時，可儲存30%的剎車能。
3、不間斷電源
飛輪電池可提供高可靠的穩(wěn)定電源，可提供幾秒到幾分鐘的電能，這段時間足已保證工廠進行電源切換。德國GmbH 公司制造了一種使用飛輪電池的UPS，在5s內(nèi)可提供或吸收5MW的電能。
4、軍用戰(zhàn)斗車輛
美國國防部預(yù)測未來的戰(zhàn)斗車輛在通信、武器和防護系統(tǒng)等方面都廣泛需要電能，飛輪電池由于其快速的充放電，獨立而穩(wěn)定的能量輸出，重量輕，能使車輛工作處于最優(yōu)狀態(tài)，減少車輛的雜訊（戰(zhàn)斗中非常重要），提高車輛的加速性能等優(yōu)點，已成為美國軍方首要考慮的儲能裝置。
作為一種新興的儲能方式，飛輪電池所擁有傳統(tǒng)化學(xué)電池?zé)o法比擬的優(yōu)點已被人們廣泛認(rèn)同，它非常符合未來儲能技術(shù)的發(fā)展方向。目前，飛輪電池除了上面介紹的應(yīng)用領(lǐng)域以外，也正在向小型化、低廉化的方向發(fā)展。現(xiàn)在，最可能出現(xiàn)的是手機電池?？梢灶A(yù)見，伴隨著技術(shù)和材料學(xué)的進步，飛輪電池將在未來的各行各業(yè)中發(fā)揮重要的作用。
