铅碳电池新技术介绍与储能应用分析-北极星储能网

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铅酸电池是电池界中的一名老兵，其于1859年由法国人G.plante发明，现在已经有150多年的历史。不仅如此，铅酸电池的主要工作原理这些年中几乎没有变过，可以说是电池界中的元老。

老树：铅碳电池

普通铅酸电池的正极活性材料是氧化铅(PbO2)，负极活性材料是铅(Pb)，它们附着在板栅上。铅酸电池以硫酸的水溶液为电解液，构造简单，易于使用。

其充电、放电反应机理如下：

铅酸电池在过去一百多年中一直是人类最常用的电池之一，这主要因为其几个突出的优点：

1.成本低廉：只有0.6~0.7rmb/Wh；

2.制备工艺简单：制备设备、厂房投资都不大，相比于锂电要小的多；

3.较为安全：爆炸燃烧的可能性很低；

4.环境适应性强：具有很宽的工作范围区间，而且性能随温度的变化不像锂离子电池一样剧烈，对于温控系统要求更低；

5.易于回收再利用：废旧的铅酸电池回收活性材料较为容易；

6.技术成熟稳定可靠：已有百余年历史的技术，使用经验丰富，值得依赖。

然而传统铅酸电池也一直有其突出的问题：

1.寿命问题：传统上只有几百次寿命；

2.大功率工作问题：在0.5C以上的大倍率工作条件下，发生“硫酸盐化现象，”衰减加速，这也是铅酸电池寿命不佳的根本原因；

3.能量密度不高：只有20~40Wh/kg，因此大部分对于能量密度较高的场合都选用了锂电池，这也是锂电池近年来强势崛起的重要原因；

4.回收再利用方面：虽然铅酸电池回收并不困难，但是因为回收机制不健全、民众环保意识不强的因素，导致了铅酸电池回收存在许多不正规的现象，这也造成了资源的浪费和环境的污染。

随着社会的进步，社会的各种场合对于电池储能的要求不断提升。在过去的几十年中，很多种电池技术都有了长足的进步，而铅酸电池自身的发展也遇到了诸多机遇与挑战。在这样的背景下，在科学家与工程师的努力下，在铅酸电池的负极活性材料中加入碳，就诞生了铅碳电池——这一铅酸电池的升级版本。

新花：铅碳电池

传统的铅酸电池的最大问题在于在大电流，长时间服役后出现的负极的硫酸盐化效应，使得材料发生失效，容量骤降。与此同时，大家都看过不少有关于电池进步的大新闻，比如充电7秒之类，实际上这些新闻讲的都是充电速度本质上就很快的超级电容而非电池。这样不难看出：铅酸电池的短板（快充放），恰恰是电容机理比较擅长应对的情况。因此就有人想到了：在铅酸电池的负极中加入活性碳，可以综合电容和电池的优点。

实际上，是可以把超级电容器与铅酸电池并联使用的（这种用法可称“外并”，即电池和电容器做为两个独立的元件进行一个机械的并联整合）。而对于铅碳电池来说，此时的情景就变成了“内并”(lead-acidbatterywithacarbonsupercapacitorcombination)，就是将双电层电容器的高比功率、长寿命的优势内化融合到铅酸电池中，从而提高了功率、比能量，延长了电池寿命，因此也有地方将其称为“超级电池”（Ultrabattery）。

普通铅酸电池的负极活性材料是铅(Pb)，而在铅碳电池中，负极从纯Pb变成了具有双电层电容特性的碳材料（C）+电池特性海绵铅（Pb）混合组成的双功能复合负极，即铅碳（Lead-carbon）负极，然后再与PbO2正极匹配组装，即组成了铅碳电池。总体来说，铅碳电池的变化主要出现在负极上，电极液、正极等方面的变化并不大。可以这样说，铅碳电池可以说是铅酸电池这颗老树上开出的新花，而且在近年来还结出了很多不错的应用成果。而在这方面，加入的碳自然是要记头功的。