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    鉛炭電池性能及優缺點

    來源:寶鄂實業    2019-05-28 08:34    點擊量:
    鉛炭電池性能
    鉛炭電池充電時間為鉛酸電池的八分之一,循環壽命為鉛酸電池的四倍以上,與鋰電池相比,也具有低溫性能好、成本低、生產及回收工藝成熟等優勢,倍率性能也大大提高,鉛炭電池在儲能領域的產業化應用已經開始走向成熟。
     
    中國科學院院士楊裕生認為憑借低成本、安全、原料易得、可靠、產業化技術成熟等顯著優勢,鉛炭電池已經成功應用于城市微電網、風光儲能電站、風電路燈等系統,還能為各種電動汽車提供動能,是符合我國產業布局和制造水平的一種儲能電池。
     
    鉛炭電池的構成
    鉛炭電池是一種特殊的電容型鉛酸電池,傳統的鉛酸蓄電池單體是由一個二氧化鉛正極板和一個海綿狀鉛負極板組成,而不對稱超級電容器則是由二氧化鉛正極板和碳負極板組成。由于二者有共同的正極板,因此可以將二者復合在同一電池體系內,即形成所謂的鉛炭電池。圖1展示了從傳統鉛酸電池到鉛炭電池兩者結構上的發展與變化。
     
    鉛炭電池的優缺點
     
    從圖1可以看出,相比于傳統鉛酸電池,鉛炭電池在負極加入了碳材料。碳材料的加入加速了轉化過程中活性物質的轉化,活性炭表面形成了新的活性中心,降低了極板充電過程中的極化,并抑制硫酸鉛顆粒長大,有利于硫酸鉛的還原。所以在鉛酸蓄電池中加入適量的碳能夠有效抑制硫酸鉛晶體在負極表面的積累,減緩硫酸鹽化的趨勢,使得電池循環的壽命顯著增加。
     
    同時,與在高倍率充放電過程中,超級電容器能夠快速提供和吸收電荷,發揮緩沖器的作用。因此與超級電容器的配合提高了電池的功率,延長了電池循環壽命。
     
    儲能系統構成
    儲能系統中,除了電池的應用以外,還涉及到了電池管理系統(BMS)以及過程控制系統(PCS)等。BMS主要用于估測動力電池組的荷電狀態,即電池剩余電量;在電池充放電過程中進行動態監測等,是電池能量管理系統中的一項關鍵技術。圖2展示了儲能電站運營管理系統的示意圖。
     
    當儲能電站配合光伏并網發電時,光伏組件首先利用太陽能電池板的光伏效應將光能轉換為電能,之后對電池組進行充電,通過逆變器將直流電轉換為交流電對負載進行供電;BMS根據日照強度與負載的變化,實時調節蓄電池組的充放電狀態,使整個系統保持了連續性和穩定性。
     
    電池組在整個儲能系統中起到了能量調節和平衡負載的重大作用。它在用電低谷時將電能轉化為化學能儲存起來,以備供電不足時使用。而鉛炭電池本身更好的充放電接收能力(100%深度放電后,以2.35V/單位恒壓限流0.15C10(A)充電10小時,充電量在放出電量的98%以上);極低的自放電;以及70%DOD預期循環壽命4000次、可回收的特性,使得鉛炭電池相對于儲能系統相比于傳統的鉛酸電池更具有優勢。
     
    鉛炭電池成本分析
    由第一部分分析可知,鉛炭電池是由傳統的鉛酸電池與超級電容器結合產生的新型鉛酸電池,另外,在實踐中,由于因此鉛炭電池的成本與價格受到一系列要素價格的影響,包括:活性炭價格與供給量、鉛價格波動、電容器價格以及其他因素例如添加劑石墨烯等。
     
    2016年下半年,活性炭價格先有一個明顯下跌,之后緩慢回升。此系列的上一篇報告中分析可以知道,近些年來鉛資源的價格大體呈先較為穩定的狀態,但在近半年價格有一定幅度的提升,具體走勢圖見圖5。
     
    從各項原材料影響程度來看,理論上鉛炭電池價格很大程度是由鉛價格來決定的,對于鉛的需求彈性較小,鉛價的波動很可能造成鉛炭電池成本的增加。但另一方面,通常公司對下游客戶存在價格聯動,有時間差,所以鉛價的波動也有可能給雙方帶來盈利。至于導電性、延展性能都很好的石墨烯,相比于活性炭而言,由于其高昂的價格,使得鉛炭電池目前對于石墨烯的需求彈性較大,在加工過程中,更為普遍的做法是加入一定量的活性炭來對傳統鉛酸電池性能進行改善。
     
    應用
     
    由于使用了鉛炭技術,鉛炭電池的性能遠遠優于傳統的鉛酸蓄電池,同時又具有與傳統鉛酸電池相近的低廉價格優勢及成熟的工業制造基礎,在各種應用領域有著極強的競爭力優勢。
     
    對比
     
    在目前的儲能領域中,運用和關注度較廣的化學儲能方式除了鉛炭電池外,還有鋰離子電池。除此以外,抽水儲能是當今世界上運用最廣、技術最成熟的一種物理儲能方式。接下來對這三種儲能方式進行對比分析。
     
    鉛碳電池
     
    由于鉛炭電池是在傳統的鉛酸電池上發展起來的,它具有很多優勢:一是充電快,提高8倍充電速度;二是放電功率提高了3倍;三是循環壽命提高到6倍,循環充電次數達2000次;四是性價比高,比鉛酸電池的售價有所提高,但循環使用的壽命大大提高了;五是使用安全穩定,可廣泛地應用在各種新能源及節能領域。隨著產量增高,鉛炭電池的成本隨著規模效應提升而進一步下降,未來的應用前景更加廣闊。
     
    鋰離子電池
     
    與鉛炭電池相對應的另一種化學儲能方式就是鋰離子電池。鋰離子電池具有能量密度大,循環壽命長,自放電率低且環保等優點,主要應用于現今筆記本和手機兩大產業。由于其自身的優勢,鋰離子電池同樣也是未來大規模儲能系統的一個理想選擇。
     
    在未來的應用中,鋰離子電池在安全性、循環壽命、成本和工作溫度范圍方面仍然存在問題。與其它充電電池不同,鋰離子電池的容量會緩慢衰退,與使用次數有關,也與溫度有關。這種衰退的現象可以用容量減小表示,也可以用內阻升高表示。
     
    盡管隨著動力電池應用的推廣,鋰電池技術、成本都有很大提升,但是目前鋰電池成本仍然是鉛炭電池的3倍以上。在儲能領域,除了高端數據中心及對儲能電池重量有嚴格限制的使用場景外,目前運用鋰電池進行儲能的商業項目非常少。