摘要：在可再生能源廣泛利用和儲能市場規(guī)模不斷擴(kuò)大的背景下，鉛炭電池將成為繼鋰離子電池、液流電池之后，儲能電池的又一發(fā)展方向。
每當(dāng)暮色降臨，中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所（以下簡稱“大連化物所”）能源樓附近幾十盞路燈和景觀燈便一一亮起，這些燈亮度跟其他路燈并無區(qū)別，不同的是，每個燈柱上都安有一個太陽能電池板。太陽能路燈并不稀奇，但這些路燈卻是大連化物所的“小驕傲”。
“太陽能路燈多數(shù)采用鋰電池、傳統(tǒng)鉛酸電池來儲存電能，但我們這些燈用的是鉛炭電池儲能系統(tǒng)，這一系統(tǒng)已連續(xù)平穩(wěn)運(yùn)行近兩年�！贝筮B化物所儲能技術(shù)研究部首席研究員張華民說。
何為鉛炭電池？當(dāng)前是否有更多應(yīng)用案例，未來應(yīng)用前景又如何？針對這些問題，張華民一一給出解答。
充放電性能突出
“鉛炭電池是鉛酸電池家族中的一員，是在鉛酸電池的負(fù)極中加入碳材料制成的電池�！睆埲A民介紹，碳是非常神奇的元素，擁有的化合物種類最豐富，它的加入，使鉛炭電池在保留鉛酸電池原有功率密度的基礎(chǔ)上，充放電性能得到大幅改善。同時，鉛炭電池安全性和可靠性高，可以彌補(bǔ)普通鉛酸電池不能應(yīng)對各種復(fù)雜工況的不足。
據(jù)了解，由于含有硫酸，鉛酸電池極板上容易形成難溶解、顆粒粗大的結(jié)晶，產(chǎn)生不可逆的硫酸鹽化現(xiàn)象。硫酸鹽化嚴(yán)重，容易導(dǎo)致電池儲能容量失效�！疤疾牧系囊�，可以提高負(fù)極材料的導(dǎo)電性，從而大幅緩解硫酸鹽化現(xiàn)象，提高電池在部分荷電狀態(tài)下的循環(huán)壽命。”張華民說，在儲能條件下使用，鉛炭電池的充放電循環(huán)使用壽命可達(dá)鉛酸電池的數(shù)倍。環(huán)保方面，鉛炭電池對環(huán)境友好，可以實(shí)現(xiàn)100%電池回收。
張華民指出，按照加入碳材料方式的不同，鉛炭電池可分為三種：全炭負(fù)極型鉛炭電池、內(nèi)并型鉛炭電池和內(nèi)混型鉛炭電池。不同種類的鉛炭電池具有不同的特性，可以滿足不同應(yīng)用領(lǐng)域的需求。內(nèi)混型鉛炭電池由于具備較高的充電接受能力、優(yōu)異的循環(huán)穩(wěn)定性和與鉛酸電池相近的能量密度，特別適合可再生能源電能存儲。“在我國，鉛炭電池的研發(fā)與應(yīng)用以內(nèi)混型鉛炭電池為主。”
中關(guān)村儲能產(chǎn)業(yè)技術(shù)聯(lián)盟統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，截至2018年底，我國電化學(xué)儲能累計裝機(jī)規(guī)模1100MW，其中鉛蓄電池（包括鉛酸電池和鉛炭電池）占比達(dá)27.2%。
應(yīng)用領(lǐng)域逐步拓寬
電池技術(shù)是制約儲能產(chǎn)業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵。張華民認(rèn)為，憑借充電接受能力強(qiáng)、安全可靠、制造成本低等優(yōu)勢，在可再生能源廣泛利用和儲能市場規(guī)模不斷擴(kuò)大的背景下，鉛炭電池將成為繼鋰離子電池、液流電池之后，儲能電池的又一發(fā)展方向。
張華民介紹，我國從事鉛炭電池關(guān)鍵材料與技術(shù)研究、開發(fā)的科研院校有中國人民解放軍防化研究院、大連化物所、吉林大學(xué)、哈爾濱工業(yè)大學(xué)等單位。從事鉛炭電池研究開發(fā)與生產(chǎn)的企業(yè)主要有南都電源、圣陽電源、天能電池、超威集團(tuán)、雙登集團(tuán)等。
南都電源研發(fā)的鉛炭電池產(chǎn)品目前已被應(yīng)用在多個國內(nèi)儲能示范項目中，如浙江舟山東福山島風(fēng)光柴儲能電站、新疆吐魯番新能源城市微電網(wǎng)示范工程、南方電網(wǎng)光儲一體化柴儲能電站、無錫新加坡工業(yè)園智能配網(wǎng)儲能電站、浙江鹿西島4MWH儲能項目等，運(yùn)行狀況平穩(wěn)。
“大連化物所和中船重工風(fēng)帆集團(tuán)合作，就鉛炭電池電化學(xué)儲能的關(guān)鍵技術(shù)開展技術(shù)研究，開發(fā)出了擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的鉛炭電池專用負(fù)極碳材料及多種型號的鉛炭電池產(chǎn)品樣機(jī)。去年12月份，我們研制的百千瓦時級鉛炭電池儲能系統(tǒng)也并網(wǎng)運(yùn)行了，主要給食堂供電，不僅起到了檢驗實(shí)驗成果的作用，也展示了鉛炭電池儲能技術(shù)與可再生能源相結(jié)合的良好應(yīng)用前景。”張華民說。
除了儲能，鉛炭電池也應(yīng)用在了新能源汽車上。由于可以在車輛加速和制動期間快速輸出、輸入電荷，鉛炭電池特別適合于汽車啟停系統(tǒng)。記者了解到，日前，南都電源開發(fā)的鉛炭電池技術(shù)獲得了國際先進(jìn)鉛酸電池聯(lián)合會（ALABC）的項目資助，這一技術(shù)將主要運(yùn)用在汽車發(fā)動機(jī)啟停領(lǐng)域。
商業(yè)化推廣前景可期
“雖然我國在鉛炭電池關(guān)鍵技術(shù)和應(yīng)用方面取得了較大進(jìn)展，但在基礎(chǔ)理論和工程應(yīng)用開發(fā)方面與國際發(fā)達(dá)國家相比仍有差距。”張華民坦言。差距主要表現(xiàn)在以下方面：碳材料開發(fā)多數(shù)還停留在實(shí)驗室階段，批量生產(chǎn)的產(chǎn)品均一性較差，不能滿足大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)需求；一些鉛炭電池生產(chǎn)企業(yè)缺乏高性能碳材料生產(chǎn)核心技術(shù)，仍需依賴進(jìn)口；系統(tǒng)集成能力不足；一些應(yīng)用示范項目效果不理想，鉛炭電池儲能電站的實(shí)際運(yùn)行壽命低于預(yù)期等。
張華民表示，和其他電化學(xué)儲能技術(shù)相比，鉛炭電池在成本和安全性方面具有明顯優(yōu)勢。鉛炭電池成本大約為1000元/kW·h，電池報廢后，電池內(nèi)的鉛很容易回收循環(huán)再利用，所以，鉛碳電池和鉛酸電池一樣，失效電池的殘值很高，是目前相對經(jīng)濟(jì)可行的電力儲能技術(shù)路線之一。同時，由于鉛炭電池的電解液是硫酸水溶液，只要保持通風(fēng)，不會發(fā)生燃燒爆炸，因此安全性好�！敖窈箅S著技術(shù)的不斷成熟，鉛炭電池在儲能領(lǐng)域?qū)⒄紦?jù)越來越大的市場份額�！�
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