在今年的中國(guó)“兩會(huì)”上，全國(guó)人大代表張?zhí)烊翁岢隽艘豁?xiàng)關(guān)于能源的提案。應(yīng)鼓勵(lì)開(kāi)發(fā)具有各種技術(shù)路線的儲(chǔ)能電池。其中包括高能鉛碳電池、鋰離子電池、鈉硫電池等。張?zhí)烊握J(rèn)為，要鼓勵(lì)應(yīng)用新型高能鉛碳電池，打造更加安全高效的儲(chǔ)能電站。本文將向您介紹什么是鉛碳電池，鉛碳電池的原理和應(yīng)用。

 

什么是鉛碳電池

鉛碳電池技術(shù)是一種新型的電化學(xué)儲(chǔ)能技術(shù)，本質(zhì)上是對(duì)鉛酸電池配方的優(yōu)化。鉛碳電池是通過(guò)將碳材料添加到鉛酸電池的負(fù)極而制成的電池。鉛碳電池將鉛酸電池和超級(jí)電容器合二為一，在充分發(fā)揮超級(jí)電容器短時(shí)大容量充電特性的技術(shù)中，保持了鉛酸電池高比能的優(yōu)勢(shì)，使其具有良好的充放電性能和較長(zhǎng)的使用壽命。鉛碳電池除了性能優(yōu)勢(shì)外，在循環(huán)壽命、性價(jià)比、安全性、低溫性能、生產(chǎn)和回收工藝等方面也有明顯優(yōu)勢(shì)。

 

 

鉛碳電池工作原理分析

傳統(tǒng)鉛酸電池的一個(gè)核心問(wèn)題是負(fù)極的硫酸化，即在高速放電模式下，負(fù)極的海綿狀鉛與HSO4-快速反應(yīng)形成PbSO4，此時(shí)，由于HSO4-和Pb的供應(yīng)不匹配，PbSO4的成核速率過(guò)快，使得生成的PbSO4（本質(zhì)上是絕緣的）在負(fù)極的表面上或者是巨大的顆粒；

鉛碳電池的工作原理與超級(jí)電池相似，超級(jí)電池是另一種類(lèi)型的超級(jí)電池。在負(fù)極板中加入碳材料，利用其超級(jí)電容器的瞬時(shí)大容量充電，在高速充電/放電過(guò)程中起到緩沖作用，有效保護(hù)負(fù)極板，抑制“硫酸化”現(xiàn)象。

鉛碳電池中碳的添加有效抑制了負(fù)極的硫酸化趨勢(shì)，顯著提高了電池壽命。不僅如此，鉛碳電池的生產(chǎn)工藝與傳統(tǒng)鉛酸電池沒(méi)有本質(zhì)區(qū)別。在不改變目前成熟工藝的情況下，很容易實(shí)現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)，特別是對(duì)于儲(chǔ)能電池壽命長(zhǎng)、成本低的要求。

 

鉛碳電池的特性

對(duì)于鉛碳電池，添加了許多類(lèi)型的碳：炭黑、活性炭、石墨烯、石墨、碳纖維和碳納米管。它們?yōu)殂U碳電池提供的主要優(yōu)勢(shì)/主要功能是：

1） 導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性；

2） 網(wǎng)狀孔結(jié)構(gòu)提供了反應(yīng)所需的比表面積和雙電層電容。

 

 

然而，如何在性能提高和成本控制之間找到平衡，可能是先進(jìn)碳材料在鉛碳電池中應(yīng)用需要注意的問(wèn)題。此外，添加的碳材料的量也需要控制，添加過(guò)多的碳材料會(huì)導(dǎo)致電極板活性材料脫落等一系列問(wèn)題。

 

鉛碳電池的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)

鉛碳電池的負(fù)極形成由鉛金屬碳顆粒組成的相對(duì)均勻且精細(xì)的網(wǎng)絡(luò)。這種結(jié)構(gòu)有利于縮短擴(kuò)散距離，提高反應(yīng)的均勻性。

此外，碳本身具有良好的導(dǎo)電性和電容特性，使鉛碳電池比傳統(tǒng)鉛酸電池具有更好的低溫啟動(dòng)能力、充電接受能力和大電流充放電性能。

 

優(yōu)勢(shì)

● 能量和功率密度，可提高到40~60Wh/kg、300~400W/kg，性能接近部分鋰電池的容量。

● 性價(jià)比高的更關(guān)鍵的一點(diǎn)是，其成本仍在0.6~0.8rmb/Wh，低于鋰電池等其他電池，在嚴(yán)格控制成本的情況下最具優(yōu)勢(shì)。

● 快速充電，比普通鉛酸電池快8倍。

● 放電功率增加了3倍。

● 循環(huán)壽命增加到6倍，在淺充放電條件下具有較長(zhǎng)的循環(huán)壽命（如4500次（70%DOD））

● 鉛碳電池在高溫、低溫等極端條件下始終能提供可靠的保護(hù)，在-20℃時(shí)仍能提供相對(duì)較強(qiáng)的功率和容量。

● 使用安全穩(wěn)定，可廣泛應(yīng)用于各種新能源和節(jié)能領(lǐng)域。

 

 

缺點(diǎn)

● 它體積大、重量重，不適合電動(dòng)汽車(chē)等移動(dòng)負(fù)載。

● 低溫下的工作效率較差。

 

鉛碳電池的應(yīng)用場(chǎng)景

近年來(lái)，鋰離子電池的發(fā)展非?？?，鋰電池替代鉛酸系列產(chǎn)品的推出曾給許多人留下鉛酸電池落后、應(yīng)該淘汰的印象。具體對(duì)比請(qǐng)參考《鉛酸電池與鋰離子》一文。然而，事實(shí)上，隨著鉛碳電池技術(shù)的引入和改進(jìn)。

鉛碳電池的核心競(jìng)爭(zhēng)力：鉛碳電池成本低、壽命長(zhǎng)，使其成為固定儲(chǔ)能、低速電動(dòng)車(chē)、電動(dòng)自行車(chē)等領(lǐng)域的有力競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手，成為鋰電池等技術(shù)的有力對(duì)手。在固定儲(chǔ)能方面，在光伏電站儲(chǔ)能、風(fēng)電儲(chǔ)能、電網(wǎng)調(diào)峰等儲(chǔ)能領(lǐng)域，往往要求電池具有功率密度高、循環(huán)壽命長(zhǎng)、價(jià)格低廉的特點(diǎn)。

 

 

鉛碳電池在空間寬裕、成本要求高的地方具有更大的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，相對(duì)而言一次性投資成本相對(duì)較低。鋰電池更適合于需要空間的應(yīng)用，并且由于其高能量密度和高成本而對(duì)成本不太敏感。它們將在分布式儲(chǔ)能應(yīng)用中得到更多發(fā)展。

與其他儲(chǔ)能技術(shù)相比，如電容器（儲(chǔ)能密度很低，只能用于功率緩沖），對(duì)于液流電池（成熟度中等，體積明顯較大），鉛碳技術(shù)現(xiàn)階段仍具有良好的競(jìng)爭(zhēng)力。

 

總結(jié)

近年來(lái)，鉛碳電池在某些領(lǐng)域保持了主導(dǎo)地位。盡管鋰電池等技術(shù)發(fā)展迅速，但這些電池技術(shù)各有優(yōu)缺點(diǎn)，沒(méi)有一種儲(chǔ)能技術(shù)能夠在所有規(guī)模和場(chǎng)景中獲勝。根據(jù)該領(lǐng)域的需要，選擇合適的儲(chǔ)能技術(shù)應(yīng)用是最好的方法。