铅炭电池担起储能大任_铅炭电池的未来分析

近年来，随着环境污染日益加重，各国越来越重视清洁能源、可再生能源的发展，储能作为提高可再生能源稳定性的重要技术支撑，也迎来了长足的发展。目前业界最为看好铅炭电池、液流电池和锂电池三种储能技术用电池，但液流电池成本较高，且技术成熟度远不及另外两种电池技术，而锂离子电池在单体电池一致性方面存在一些问题，因此，有业内人士认为，铅炭电池有可能成为最为可行的储能技术。

铅炭电池是一种由传统铅酸蓄电池演化而来的电池，它成功地将铅酸蓄电池和超级电容器合二为一，在发挥超级电容器短时间大容量充电特点的同时，也保持了铅蓄电池高比能量的优势。除了良好的充放电性能和较长的使用寿命，铅炭电池还在循环寿命、性价比、安全性、低温性能、生产及回收工艺方面都具有明显优势。

铅炭电池战胜锂电池、液流电池等其他储能电池的主要原因，是其低廉的度电成本。大多数储能技术以每千瓦或每千瓦时计算出的成本太高，阻碍了其在储能领域的广泛应用。尽管传统铅酸电池价格较低，但因较短的循环寿命，在储能系统中其度电成本也不具有优势；锂离子电池虽然单体可以实现几千次的循环寿命，但因单体容量小、大量单体成组后的电池组循环寿命大幅缩短，其储能系统中其度电成本依然较高。而铅炭电池的度电成本可低至0.5元/kWh，在规模化生产的基础上，FCp铅炭电池甚至有望将度电成本降至0.4元以下。

我国的储能市场目前还处于初级发展阶段，铅炭电池凭借其优异的性价比和良好的经济性能，令其在诸多应用中不借助补贴也能实现盈利。在电储能设施的独立市场主体地位被明确后，高性能铅炭电池被确定为储能设备重点攻关项目也就不足为奇。

技术优势铅炭电池是铅酸电池的创新技术，相比铅酸电池有着诸多优势。铅炭电池有以下优势：一是充电快，提高8倍充电速度；二是放电功率提高了3倍；三是循环寿命提高到6倍，循环充电次数达2000次；四是性价比高，比铅酸电池的售价有所提高，但循环使用的寿命大大提高了；五是使用安全稳定，可广泛地应用在各种新能源及节能领域。此外，铅炭电池也发挥了铅酸电池的比能量优势，且拥有非常好的充放电性能90分钟就可充满电（铅酸电池若这样充、放，寿命只有不到30次）。而且由于加了碳（石墨烯），阻止了负极硫酸盐化现象，改善了电池失效的一个因素。

1、正负极铅膏采用独特的配方和优化的固化工艺。正极活性物质抗软化能力强，深循环寿命好，活性物质利用率高；负极铅膏抗硫化能力强，容量衰减率低，低温启动性能好。

2、正极板栅采用新型特制合金和合理的结构设计，抗腐蚀性能好，电流分布合理，与活性物质结合紧密，大电流性能和充电接受能力强。

3、采用新型电解液添加剂，电池的析氢、析氧过电位高，电池不易失水。

4、当电池在频繁的瞬时大电流充放电工作时，主要由具有电容特性的炭材料释放或接收电流，抑制铅酸电池的“负极硫酸盐化”，有效地延长了电池使用寿命；

5、当电池处于长时间小电流工作时，主要由海绵铅负极工作，持续提供能量；

6、Lead-carbon超级复合电极高碳含量的介入，使电极具有比传统铅酸电池有更好的低温启动能力、充电接受能力和大电流充放电性能。

性能方面，铅炭电池同时具有铅酸电池和电容器的特点。活性炭的加入，提升了电池的功率密度，延长了循环寿命，同时由于活性炭占据了部分电极空间，导致能量密度降低，也可能增加电极析气量。在工艺方面，活性炭的加入，增加了调浆和极片涂布难度。总体而言，铅炭电池性能优于普通铅酸电池，是一种先进铅酸电池，也是铅酸电池技术发展的主流方向。

主要问题

铅炭电池铅酸电池能量密集度高，适合作为太阳能和风能储能的后备选项。铅炭电池的推广也面临着成本问题。铅炭电池的成本费用需要降低成本至每千瓦小时150-200美元才可行。

1.高碳铅酸电池的炭材料添加量为4%以上，对于普通的铅酸电池，碳材料的添加量为0.2%以下。那么对于铅炭电池碳材料的最佳添加量是一个有待探讨的问题。

2.铅粉和碳材料的混合，以何种方式加入才能使碳材料与铅粉均匀混合，且能够保证负极铅-炭混合材料涂膏的稳固性，极板和铅膏的结合能力，达到保证负极板的强度要求。

3.在进行外化成后，负极板表面有炭材料析出，出现板栅膨胀变形现象。

4.炭材料的加入会加剧负极析氢问题，使蓄电池失水严重，免维持性能降低，导致蓄电池失效模式发生改变。

5.炭材料和铅粉密度相差非常大，添加后负极板的孔隙率大幅度上升，负极易被氧化。

解决方案

这电池技术的进一步研究都至关重要，在材料、设计和工程系统上的改进和成本上的降低都是很必要的。

1.若要使铅炭电池具有超级电容的效果，炭材料的添加量一定要大于4%，国内外研究表明炭材料的添加量可以达到10%~20%。

2.若保证负极铅-炭混合材料涂膏的稳固性、极板和铅膏的结合能力，必须加入适用于铅酸电池的粘结剂，例如pTFE，CMC，氯丁橡胶等。

3.要保证负极板的强度，首先在和膏时要保证铅膏湿密度，铅膏湿密度在4.2~4.5g/cm3最佳。加入适量粘结剂或短纤维，采用机器涂膏以增加涂膏压力都可以达到保证极板强度的目的。

4.为防止化成时炭材料的损失和板栅膨胀变形，可以采用内化成工艺，注意内化成的电流设计工艺应适当进行调整。

5）对于负极析氢问题，可以向负极活性物质中添加适量的抑制析氢添加剂，例如氧化银，锌的化合物等。

6）在防止负极氧化方面，可以采取内化成工艺：若是做外化成，则要适当延长无氧干燥时间。

铅炭电池的未来分析

铅炭电池是一种由传统铅酸蓄电池演化而来的先进技术电池。之所以称之为“先进”，是因为铅炭电池将铅酸蓄电池和超级电容器二合为一，在发挥超级电容器短时间大容量充电特点的技术上，保持了铅蓄电池高比能量的优势，从而拥有良好的充放电性能及较长的使用寿命。除了性能方面的优势，铅炭电池还在循环寿命、性价比、安全性、低温性能、生产及回收工艺方面都具有明显优势。

近年来，铅炭电池技术得到了长足的发展，国内多家电池企业也正在逐步完善铅炭电池领域的布局。双登集团是较早进行铅炭电池研发的企业之一。从2009年开始，双登集团就不断在材料、合金配制、板栅结构、原料配比等多方面进行研究调整，并研发出高循环寿命的铅炭储能电池产品。

目前，双登铅炭储能电池已经应用在IDC机房后备电源、风光储一体化电站等多个项目中。2014年6月，圣阳股份与日本古河共同开发铅炭电池技术，该电池的循环次数可达到锂离子电池的1.5倍、普通铅蓄电池的2倍以上。圣阳股份将这项技术应用于储能、备用电源、通信基站电源等领域，并具备了批量生产能力。南都电源研发的铅炭电池产品目前已被应用在多个国内储能示范项目中，这些示范项目良好的运行也再次验证了铅炭电池系统的经济性、稳定性和可靠性。下一阶段，南都电源将在新能源储能领域进行铅炭电池的商业化推广，使这项拥有良好市场前景的技术真正为企业带来更大的利润。

尽管铅炭电池在技术、应用等方面已经得到较快发展，但其中碳材料的性能仍然是影响铅炭电池整体性能的主要因素之一。据中国人民解放军防化研究院曹高萍博士介绍，铅炭电池负极板中的多孔炭与铅活性物质产生协同效应，显著提高极板比表面积和稳定性，从而提高电池循环寿命和充放电能力。

因此，对碳材料在铅炭电池中作用机制的深入研究，将进一步提升铅炭电池的性能。未来，对高性能碳材料的深入研究和应用开发仍将成为相关研究工作的重点，这也将进一步提高铅炭电池的性能，实现其在储能等领域的大规模应用。