何为铅炭电池？当前是否有更多应用案例，未来应用前景又如何？
2020-02-03 11:13:39
摘要：每当暮色降临，中国科学院大连化学物理研究所（以下简称“大连化物所”）能源楼附近几十盏路灯和景观灯便一一亮起。
每当暮色降临，中国科学院大连化学物理研究所（以下简称“大连化物所”）能源楼附近几十盏路灯和景观灯便一一亮起，这些灯亮度跟其他路灯并无区别，不同的是，每个灯柱上都安有一个太阳能电池板。太阳能路灯并不稀奇，但这些路灯却是大连化物所的“小骄傲”。
“太阳能路灯多数采用锂电池、传统铅酸电池来储存电能，但我们这些灯用的是铅炭电池储能系统，这一系统已连续平稳运行近两年。”大连化物所储能技术研究部首席研究员张华民说。
何为铅炭电池？当前是否有更多应用案例，未来应用前景又如何？针对这些问题，张华民一一给出解答。
充放电性能突出
“铅炭电池是铅酸电池家族中的一员，是在铅酸电池的负极中加入碳材料制成的电池。”张华民介绍，碳是非常神奇的元素，拥有的化合物种类最丰富，它的加入，使铅炭电池在保留铅酸电池原有功率密度的基础上，充放电性能得到大幅改善。同时，铅炭电池安全性和可靠性高，可以弥补普通铅酸电池不能应对各种复杂工况的不足。
据了解，由于含有硫酸，铅酸电池极板上容易形成难溶解、颗粒粗大的结晶，产生不可逆的硫酸盐化现象。硫酸盐化严重，容易导致电池储能容量失效。“碳材料的引入，可以提高负极材料的导电性，从而大幅缓解硫酸盐化现象，提高电池在部分荷电状态下的循环寿命。”张华民说，在储能条件下使用，铅炭电池的充放电循环使用寿命可达铅酸电池的数倍。环保方面，铅炭电池对环境友好，可以实现100%电池回收。
张华民指出，按照加入碳材料方式的不同，铅炭电池可分为三种：全炭负极型铅炭电池、内并型铅炭电池和内混型铅炭电池。不同种类的铅炭电池具有不同的特性，可以满足不同应用领域的需求。内混型铅炭电池由于具备较高的充电接受能力、优异的循环稳定性和与铅酸电池相近的能量密度，特别适合可再生能源电能存储。“在我国，铅炭电池的研发与应用以内混型铅炭电池为主。”
中关村储能产业技术联盟统计数据显示，截至2018年底，我国电化学储能累计装机规模1100MW，其中铅蓄电池（包括铅酸电池和铅炭电池）占比达27.2%。
应用领域逐步拓宽
电池技术是制约储能产业发展的关键。张华民认为，凭借充电接受能力强、安全可靠、制造成本低等优势，在可再生能源广泛利用和储能市场规模不断扩大的背景下，铅炭电池将成为继锂离子电池、液流电池之后，储能电池的又一发展方向。
张华民介绍，我国从事铅炭电池关键材料与技术研究、开发的科研院校有中国人民解放军防化研究院、大连化物所、吉林大学、哈尔滨工业大学等单位。从事铅炭电池研究开发与生产的企业主要有南都电源、圣阳电源、天能电池、超威集团、双登集团等。
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，如浙江舟山东福山岛风光柴储能电站、新疆吐鲁番新能源城市微电网示范工程、南方电网光储一体化柴储能电站、无锡新加坡工业园智能配网储能电站、浙江鹿西岛4MWH储能项目等，运行状况平稳。
“大连化物所和中船重工风帆集团合作，就铅炭电池电化学储能的关键技术开展技术研究，开发出了拥有自主知识产权的铅炭电池专用负极碳材料及多种型号的铅炭电池产品样机。去年12月份，我们研制的百千瓦时级铅炭电池储能系统也并网运行了，主要给食堂供电，不仅起到了检验实验成果的作用，也展示了铅炭电池储能技术与可再生能源相结合的良好应用前景。”张华民说。
除了储能，铅炭电池也应用在了新能源汽车上。由于可以在车辆加速和制动期间快速输出、输入电荷，铅炭电池特别适合于汽车启停系统。记者了解到，日前，南都电源开发的铅炭电池技术获得了国际先进铅酸电池联合会（ALABC）的项目资助，这一技术将主要运用在汽车发动机启停领域。
商业化推广前景可期
“虽然我国在铅炭电池关键技术和应用方面取得了较大进展，但在基础理论和工程应用开发方面与国际发达国家相比仍有差距。”张华民坦言。差距主要表现在以下方面：碳材料开发多数还停留在实验室阶段，批量生产的产品均一性较差，不能满足大规模工业化生产需求；一些铅炭电池生产企业缺乏高性能碳材料生产核心技术，仍需依赖进口；系统集成能力不足；一些应用示范项目效果不理想，铅炭电池储能电站的实际运行寿命低于预期等。
张华民表示，和其他电化学储能技术相比，铅炭电池在成本和安全性方面具有明显优势。铅炭电池成本大约为1000元/kW·h，电池报废后，电池内的铅很容易回收循环再利用，所以，铅碳电池和铅酸电池一样，失效电池的残值很高，是目前相对经济可行的电力储能技术路线之一。同时，由于铅炭电池的电解液是硫酸水溶液，只要保持通风，不会发生燃烧爆炸，因此安全性好。“今后随着技术的不断成熟，铅炭电池在储能领域将占据越来越大的市场份额。”（中国能源报）
