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铅炭电池好不好?

什么是铅炭电池?铅炭电池与铅酸蓄电池有什么关系?应该是很多朋友想要了解的。在电网规模储能应用和混合动力汽车等领域,通常电池要在高电流密度条件下循环,即高倍率充放电操作,使得铅酸电池常常由于负极硫酸盐化而失效,从而极大地影响铅酸电池的使用寿命。而铅炭电池就是在传统铅酸电池的基础上加入碳,极大地提高了铅酸电池的寿命。

铅炭电池性能

铅炭电池充电时间为铅酸电池的八分之一,循环寿命为铅酸电池的四倍以上,与锂离子电池相比,也具有低温性能好、成本低、生产及回收工艺成熟等优势,倍率性能也大大提高,铅炭电池在储能领域的产业化应用已经开始走向成熟。

我国科学院院士杨裕生认为凭借低成本、安全、原料易得、可靠、产业化技术成熟等显着优势,铅炭电池已经成功应用于城市微电网、风光储能电站、风电路灯等系统,还能为各种电动汽车供应动能,是符合我国产业布局和制造水平的一种储能电池。

铅炭电池的构成

铅炭电池是一种特殊的电容型铅酸电池,传统的铅酸蓄电池单体是由一个二氧化铅正极板和一个海绵状铅负极板组成,而不对称超级电容器则是由二氧化铅正极板和碳负极板组成。由于二者有共同的正极板,因此可以将二者复合在同一电池体系内,即形成所谓的铅炭电池。

铅炭电池的优缺点

相比于传统铅酸电池,铅炭电池在负极加入了碳材料。碳材料的加入加速了转化过程中活性物质的转化,活性炭表面形成了新的活性中心,降低了极板充电过程中的极化,并抑制硫酸铅颗粒长大,有利于硫酸铅的还原。所以在铅酸蓄电池中加入适量的碳能够有效抑制硫酸铅晶体在负极表面的积累,减缓硫酸盐化的趋势,使得电池循环的寿命显著新增。

同时,与在高倍率充放电过程中,超级电容器能够快速供应和吸取电荷,发挥缓冲器的用途。因此与超级电容器的配合提高了电池的功率,延长了电池循环寿命。

储能系统构成

储能系统中,除了电池的应用以外,还涉及到了电池管理系统(BMS)以及过程控制系统(PCS)等。BMS重要用于估测动力锂电池组的荷电状态,即电池剩余电量;在电池充放电过程中进行动态监测等,是电池能量管理系统中的一项关键技术。图2展示了储能电站运营管理系统的示意图。

铅炭电池的优缺点

当储能电站配合光伏并网发电时,光伏组件首先利用太阳能电池板的光伏效应将光能转换为电能,之后对电池组进行充电,通过逆变器将直流电转换为交流电对负载进行供电;BMS根据日照强度与负载的变化,实时调节蓄电池组的充放电状态,使整个系统保持了持续性和稳定性。

电池组在整个储能系统中起到了能量调节和平衡负载的重大用途。它在用电低谷时将电能转化为化学能储存起来,以备供电不足时使用。而铅炭电池本身更好的充放电接收能力(100%深度放电后,以2.35V/单位恒压限流0.15C10(A)充电10小时,充电量在放出电量的98%以上);极低的自放电;以及70%DOD预期循环寿命4000次、可回收的特性,使得铅炭电池相关于储能系统相比于传统的铅酸电池更具有优势。

铅炭电池成本分析

由第一部分分析可知,铅炭电池是由传统的铅酸电池与超级电容器结合出现的新型铅酸电池,另外,在实践中,由于因此铅炭电池的成本与价格受到一系列要素价格的影响,包括:活性炭价格与供给量、铅价格波动、电容器价格以及其他因素例如添加剂石墨烯等。

从各项原材料影响程度来看,理论上铅炭电池价格很大程度是由铅价格来决定的,关于铅的需求弹性较小,铅价的波动很可能造成铅炭电池成本的新增。但另一方面,通常企业对下游客户存在价格联动,有时间差,所以铅价的波动也有可能给双方带来盈利。至于导电性、延展性能都很好的石墨烯,相比于活性炭而言,由于其高昂的价格,使得铅炭电池目前关于石墨烯的需求弹性较大,在加工过程中,更为普遍的做法是加入一定量的活性炭来对传统铅酸电池性能进行改善。

铅酸电池应用

由于使用了铅炭技术,铅炭电池的性能远远优于传统的铅酸蓄电池,同时又具有与传统铅酸电池相近的低低价格优势及成熟的工业制造基础,在各种应用领域有着极强的竞争力优势。

由于铅炭电池是在传统的铅酸电池上发展起来的,它具有很多优势: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。随着产量增高,铅炭电池的成本随着规模效应提升而进一步下降,未来的应用前景更加广阔。

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