鉅大LARGE | 點擊量：894次 | 2018年09月30日
什么樣的炭可以作為鉛炭電池應用于儲能系統(tǒng)
2018年9月19-20日，2018第五屆國際儲能峰會在唐山南湖國際會展中心拉開帷幕。峰會邀請來自25個國家和地區(qū)百余位海內外演講嘉賓共商儲能良機。超威集團新型電池開發(fā)部工程師黃偉國先生介紹了超威儲能項目的研究進展。
以下為發(fā)言實錄：
超威儲能系統(tǒng)工程師黃偉國：各位嘉賓，各位同仁下午好，我來自超威，首先簡單介紹一下超威，超威去年的總銷售收入是1000個億，下轄110多個分公司，主要的業(yè)務是動力電池和儲能電池以及動力電池和儲能電池的相關產業(yè)的一些公司。
我在這里，借此機會簡單匯報一下在儲能電池里面一個細分的電池研究進展做個簡單匯報。主要是介紹一下用于儲能的鉛炭電池的研究情況，分四個內容，第一個是鉛炭電池的技術原理，第二個是我們怎么做鉛炭，進展情況怎么樣，第三個就是我們超威做這個項目的優(yōu)勢，第四個是生產基地，廠房的情況，簡單介紹一下。
普通的鉛炭蓄電池早就應用于儲能領域，但是傳統(tǒng)的鉛酸蓄電池有一個問題就是硫酸鹽化，在儲能或者是其他一些欠充電狀態(tài)，不負荷狀態(tài)下會發(fā)生硫酸鹽化，高功率下也會發(fā)生硫酸鹽化，這是整個傳統(tǒng)鉛酸蓄電池最大的問題。
符合Exic IIB T4 Gc防爆標準
充電溫度：0~45℃
-放電溫度：-40~+55℃
-40℃最大放電倍率：1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
怎么樣解決這個硫酸鹽化，上午的話我聽了兩個報告可以修復，但是我這里不是修復，我從源頭來解決。最早的時候，早在1997年的時候，開發(fā)混合動力的時候，大電流高功率發(fā)現硫酸鹽化特別嚴重，這種情況下把傳統(tǒng)的碳材料用量提高到10倍，發(fā)現混合動力上可以大大的改善，但是碳加多了很多負反應也發(fā)生，并不是最佳的解決方案。
2009年穆教授把其他的碳也發(fā)生了一些研究，發(fā)現也可以得到改善，2010年的時候也對石墨添加到里面，發(fā)現也可以得到改善。這么多碳加進去以后，到底哪種碳可以，后來鉛炭電池這個概念就不斷在固體里加不同碳就發(fā)現鉛炭電池這樣一個概念。有一種將負極采用高電容的活性炭，正極還是二氧化鉛，可以在高功率下保險很好，但是比能量很低。
這里強調一點，根據文獻報道，具有電化學活性的炭材料，由于炭材料種類很多，所以在研究這些鉛炭電池的時候也得到了很多的意見不統(tǒng)一的機理，有些人認為電容炭進去電容起到了作用，也有人認為活性炭有電催化的作用，也有人認為石墨烯管有導電作用，也有人認為我們的鉛炭電池為什么正極沒有硫化，他認為正極體積變化比較小，不能夠硫化，但是負極鉛和鉛酸鉛轉換比較大，有轉化的空間，如果我們產生一個位阻也可以抑制硫酸鹽化，目前也不是很理想，所以他認為是一個位阻的機理。
我們的材料，我們進行了一個系統(tǒng)的研究，這是我們研究了不同的材料，根據結構特征和指標特征進行了研究，分類整理，最后要找出鉛炭電池的機理到底是什么，我們的研究手段，首先對原材料，對形貌和一些物理指標，一些理化指標進行表征，這是部分的表征圖。我們用XRD對結構分類進行表征，然后進行了不同模式的測試，比如說高功率的，我們用5C的功率進行測試，對比傳統(tǒng)的鉛酸蓄電池發(fā)現我們開發(fā)的鉛炭電池循環(huán)壽命可以大大的提高，我們在中等功率也進行測試，也可以得到改善。我們在低倍率也進行了一些測試，我們測試的時候也進行了分類處理。我們還做了鉛炭電池低溫的測試，在低溫條件下我們炭加進去之后有什么表現也進行了測試，我這里的曲線都是一些代表性的，因為測試的項目很多，炭材料也很多只是講了一些代表性的，看它的變化規(guī)律。
研究了這么多以后，我們最后來看一看到底是什么樣的炭才能夠作為鉛炭電池，也是看我們發(fā)現了什么，首先看鉛酸蓄電池硫化有兩種情況，左邊這種是低倍率的，它是硫酸鉛的生成在基板內部，還有是在表面生成，兩種硫酸生成的情況。我們用于儲能主要是考慮低倍率的，低倍率產生硫酸鹽化，主要是負極長期在欠充的條件下，硫酸鉛在表面會產生晶體，然后生成粗糙的硫酸鹽晶體，這種情況很多應用都有，比如說儲能調峰等等，如果電池一旦處于虧電狀態(tài)就很容易產生硫酸鹽化。
我們在解決鉛炭抑制硫化的時候并不是只看儲能，我們是三個都看，我們怎么樣阻止硫酸鹽化，第一個，高功率的汽車啟停，硫化主要是分兩個，一個是表面密集，然后表面密集如果不及時充電就會產生結晶，所以一和二。第二種就是低倍率的，就是左邊第三條線，我們要解決硫酸鹽化，就是把這三條線切斷，怎么樣切斷這三條線？整個機理里其中有一個機理是得到公認的就是平行反應機理，炭的表面，電流既在鉛的表面，也可以在炭的表面發(fā)生，這樣一來如果我們負極加了炭以后，我們的充電電流同樣進去，進去以后如果炭表面也有電流的話，第一個可以降低極化，另一個可以進行硫酸鉛的還原。
我們對三種炭，一種是炭黑，一種是石墨，一種是活性炭，我們對應晶體結構發(fā)現三種材料得到了不同的形貌，然后對應這三種材料我們再看電池性能也有一定的對應關系。剛才是三種不同類型的，同一種類型的，都是活性炭我們再來看微觀結構，微觀的晶體結構不一樣，得到了三種不同的形貌。我們再來看放電性能，也得到了對應的關系，然后我們將活性炭和石墨產生一個配合共同調整，得到了一個共同的形貌。
整個過程，炭加進去對形貌影響是最大的，炭的形態(tài)也是多變的，在循環(huán)過程中是可以發(fā)生一個形變，鉛與硫酸鉛溶解形態(tài)是發(fā)生變化的，這個時候為硫酸鉛的結晶提供了條件。如果我們把炭加進去以后，我們看這個圖，我們處理以后活性炭周圍的鉛在放電狀態(tài)下，硫酸鉛和炭表面的硫酸鉛與鉛之間產生了網絡結構，所以我們可以試想一下，我們的炭加進去以后是可以調節(jié)骨架結構，最后產生一個合理的網狀結構，當然前面的機理都存在，只是說我們發(fā)現對整個負極有一個結構的調控作用，什么樣的炭能夠調出什么樣的結構，我們找到最佳的結構就可以了，然后我們在定向合成，什么指標，炭的什么結構可以調成什么樣，這就是我們的研究過程，找到我們合適的炭再開發(fā)我們的鉛炭電池。
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