铅：铅炭电池在储能领域的运用

蓝狮平台网讯：铅碳电池是一种电容型铅酸电池，是从传统的铅酸电池演进出来的技术，它是在铅酸电池的负极中加入了活性炭材料，能够显著提高铅酸电池的寿命。既发挥了超级电容瞬间大容量充电的优点，也发挥了铅酸电池的比能量优势。对于铅碳电池来说，加入的碳的种类有很多种：炭黑、活性炭、石墨烯、石墨、碳纤维、碳纳米管均可。而它们的主要优点/能为铅碳电池提供的主要功能有：导电导热和网络孔隙结构，提供反应所需比表面积以及双电层电容。炭材料主要利用其具有高电容性及高导电性的特点，形成导电网络，提高极板活性物质的电导率。由于铅炭电池本质上是传统铅酸电池的升级产品，因此，行业内目前成规模的竞争企业主要为铅蓄电池行业的领先者，同质化竞争较为明显。

铅炭电池简介

  中国国家标准委在2018年6月发布《电力储能用铅炭电池》（标准号：GB／T 36280—2018），并于2019年1月1日起正式实施。标准中指出铅炭电池是正极为二氧化铅（Pb02）、负极为铅炭复合电极（Pb—C）、电解液为硫酸溶液的蓄电池。

  铅碳电池是一种电容型铅酸电池，是从传统的铅酸电池演进出来的技术，它是在铅酸电池的负极中加入了活性炭材料，能够显著提高铅酸电池的寿命。既发挥了超级电容瞬间大容量充电的优点，也发挥了铅酸电池的比能量优势。

  铅酸电池在“平行机理”效应下，实现了铅离子到铅的转换，从而使电化学反应循环往复，但难溶的硫酸铅会阻断反应的进行，致使反应中止。碳材料在负极中所起的作用主要是建立导电网格、形成双电容层、抑制难溶硫酸铅晶体的形成、增加活性作用位点等，在减少铅用量的同时延长电池寿命，使电池性能得到综合提升。

  铅炭电池主要有三类，分别是：负极由Pb和电容负极碳并联而拥有双电层电容器的高比功率外并式铅炭电池；负极为海绵铅和碳电极并联组成二同时拥有超级电容器优点的内并式铅炭电池以及负极为碳铅且生产工艺与铅酸电池基本相同的内混式铅炭电池。其中第三类由于其拥有和铅酸电池相似的生产工艺而在行业中获得了最为广泛的应用。

铅炭电池中的碳材料

  2023年1月17日，工信部、教育部、科学技术部、中国人民银行、中国银行保险监督管理委员会、国家能源局六部门发布《推动能源电子产业发展的指导意见》其中，明确提出：研发新型环保、长寿命、低成本铅炭电池，开发高导电的专用多孔碳材料。推动正负极板栅的塑铅复合化，减少用铅量，提高电池比能量。

  炭材料主要利用其具有高电容性及高导电性的特点，形成导电网络，提高极板活性物质的电导率；在NAM（负极活性物质）中形成离子迁移孔道；降低生成铅的反应过电位，促进铅的沉积过程；形成第二相，避免生成过大的颗粒，使硫酸铅容易溶解，避免不可逆硫酸盐化；因受孔的约束使NAM保持纳米级尺度，有利于蓄电池高比能量、比功率及稳定的性能。总之，不同的炭材料具有千差万别的微观结构和物理化学性能，要根据各自的特点和优势，单独或几种炭材料混合加入到负极铅膏中，对蓄电池性能产生积极影响，同时要努力规避炭材料带来的和膏涂板困难、析氢电位降低、析气加剧等不利影响。

  对于铅碳电池来说，加入的碳的种类有很多种：炭黑、活性炭、石墨烯、石墨、碳纤维、碳纳米管均可。而它们的主要优点/能为铅碳电池提供的主要功能有：导电导热和网络孔隙结构，提供反应所需比表面积以及双电层电容。可以说，铅碳电池的发展给了碳材料家族一个施展才华的舞台，但是如何在性能提升与成本控制上寻找一个平衡点，可能是在铅碳电池中应用高级碳材料的一个需要注意的问题。此外，碳材料加入也是需要控制量的，过多的碳材料加入会导致极板活性物质脱落等一系列问题。

铅炭电池的优势

  在加入炭后，铅炭电池有了如下特征：

  1.性能强

  与铅酸电池相比，铅炭电池的最大放电倍率是其2.5倍，比能量为其1.3倍左右，比功率为其1.6倍左右，快充能力大大缩减，混合动力型寿命为其2.5倍，相同温度下放电容量也显著提升。

  2.安全性

  相较锂电池而言，铅炭电池使用稀硫酸水溶液作为电解液，不会发生热失控、自燃爆炸情况，安全性能更高因此可用于受限制的特殊环境如人群密集场所或高价值设备机器。在储能电站建设时，排列紧密度提高，占地面积缩小。

  3.经济性

  铅炭电池在储能领域的运用中，建设成本约为0.8-1.1元/Wh。而随着锂电池的降价，其建设成本约为0.9-1.5元/Wh，铅炭电池在初次建设方面并没有明显的成本优势。但是考虑到后续运营，其度电成本相对较低。目前铅炭电池的循环寿命为3000次左右，相较于锂电池5000次的平均水平，仍有较大上升空间，各企业也正在加强研发以增加其循环寿命，或将进一步降低铅炭电池的储能成本。

铅炭电池企业

  由于铅炭电池本质上是传统铅酸电池的升级产品，因此，行业内目前成规模的竞争企业主要为铅蓄电池行业的领先者，主要包括超威集团、天能股份、圣阳股份（002580）、南都电源（300068）、双登集团等企业。从国家知识产权局公布的相关专利情况来看， 关于铅炭电池所采取的技术路线基本相同，同质化竞争较为明显。

【责任编辑:孟瑾】