企業の観察|鉛カーボン電池の技術への古い木および新しい花導入およびエネルギー蓄積の適用の分析

January 11, 2023

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古い木:鉛カーボン電池
Lead-acid電池は電池工業のベテランである。それは1859年にフランス人G.planteによって発明され、150年以上の歴史がある。だけでなく、それはこれらの年に、lead-acid電池の主要な働く原則ほとんど変わらないし、それが電池工業のベテランであることそれは言うことができる。通常のlead-acid電池の肯定的な核分裂物質は鉛酸化物(PbO2)であり、否定的な核分裂物質は格子に付す鉛(Pb)である。Lead-acid電池は電解物として水様の硫酸を使用し、構造で簡単、使いやすい。
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満たし、排出の反作用のメカニズムは次の通りある:
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Lead-acid電池はずっと複数の顕著な利点のために過去の百年の最も一般的な電池の1つ、主にそうなったものである:
1.Lowは要した:唯一の0.6~0.7rmb/Wh;
2.The準備プロセスは簡単である:リチウム電池より大いに小さい準備の装置および植物の投資は大きくない、;
3.Relatively金庫:爆発および燃焼の可能性は非常に低い;
4.Strong環境の適応性:それに広い働く範囲があり、温度調整システムのためのリチウム イオン電池および条件のより低くであって下さいこと温度の性能の変更は徹底的程にではない;
リサイクルし、再使用するべき5.Easy:不用なlead-acid電池からの核分裂物質をリサイクルすることは比較的容易である;
6.Mature、安定したおよび信頼できる技術:100年以上の歴史の技術に使用中の豊富な経験があり、頼る価値がある。但し、従来のlead-acid電池にずっと顕著な問題が常にあっている。
1.Lifespan問題:従来、数百の寿命だけある;
2.High力の働き問題:0.5Cの上の高レートの労働条件の下で、「硫酸化現象」は起こり、またlead-acid電池の悪い生命の根本的原因である減少は加速する、;
3.Theエネルギー密度は高くない:またリチウム電池の強い上昇の近年大きな理由である高エネルギー密度の機会の20~40Wh/kgだけのそうほとんどリチウム電池を選ぶ、;
4.Recyclingおよび再使用:lead-acid電池をリサイクルすることは困難ではないがまた資源の無駄遣いおよび環境の汚染を引き起こす公衆の中の環境保護の不健全なリサイクルのメカニズムそして低い意識によるlead-acid電池のリサイクルに多くの不規則性がある。
社会の進歩によって、さまざまな社交の場の電池のエネルギー蓄積のための条件は絶えず増加している。最後の幾つか十年では、多くの電池の技術は大きい進歩をし、lead-acid電池の開発はまた多くの機会および挑戦に出会った。科学者およびエンジニアの努力のこの文脈では、カーボンはlead-acid電池の否定的な電極の核分裂物質に加えられ、鉛カーボン電池はこのlead-acidの版を電池生まれる改善した。
 
新しい花:鉛カーボン電池
従来のlead-acid電池との最も大きい問題は高い流れに容量の物質的な失敗そして突然の低下を引き起こす長期サービスの後に否定的な電極の硫酸化の効果である。同時に、皆は7秒については充満のような電池の進歩についての多くの大ニュースを、見た。実際、これらのニュースはについて完全に本来速い充満速度のsupercapacitors、ない電池ある。キャパシタンス メカニズムがに対処でよりよいことlead-acid電池の短い板が(速い満たし、排出)正確に状態であることを見ることは困難ではない。従って、誰かはlead-acid電池の否定的な電極へ活性炭を加えることがコンデンサーおよび電池の利点を結合できると考えた。
実際、lead-acid電池に平行してsupercapacitorを使用することは可能である(この使用法は「外的な平行」と呼ぶことができるすなわち、電池およびコンデンサーは2つの独立した部品として機械的に並行して統合される)。鉛カーボン電池のために、現時点で状態は「lead-acid電池のに電気二重層のコンデンサーの高い比出力そして長い生命の利点を統合することであるカーボンsupercapacitorの組合せを用いるlead-acid電池」に、力なり、特定のエネルギーは改善され、電池の寿命は延長される、従ってそれはまたある場所の「ultrabattery」と呼ばれる。
通常のlead-acid電池の核分裂物質は鉛(Pb)、が鉛カーボン電池で、否定的な電極である否定的な電極は純粋なPbから電気二重層キャパシタンス特徴+電池の独特のスポンジの鉛(Pb)の混合された構成が付いているカーボン材料(c)にPbO2肯定的な電極によって二重機能合成の否定的な電極、すなわち、鉛カーボン(鉛カーボン)否定的な電極、それから一致する鉛カーボン電池を形作るために変わる。一般的に、鉛カーボン電池の変更は否定的な電極で主に現われ、電極の解決および肯定的な電極の変更は大きくない。それは鉛カーボン電池がlead-acid電池の古い木で咲く新しい花であると言うことができる多くのよい適用結果は近年生まれてしまったこと言うことができ。この観点から見ると、加えられたカーボンは信じられる自然にべきである。
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現在、国内外で多くの電池の会社は鉛カーボン電池を作り出している。代表的な会社は日本のFurukawa、Ecoult、東のPennおよびAxionおよび国内神聖な日曜日、Shuangdeng、NanduおよびC&D.含んでいる。
鉛カーボン電池の働き原則の分析
従来のlead-acid電池の中心問題の1つは否定的な電極の硫酸化である、否定的な電極のすなわち、高レートの排出モードでPbSO4を形作るために、海綿状の鉛はHSO4-とすぐに反応する。現時点で組の反応体HSO4-およびPbがPbSO4の供給の不適当な組み合わせ否定的な電極の表面で(絶縁している)発生させたPbSO4 「のり」を実際のところ作る、または膨大な粒子を発生させるPbSO4の核形成速度を余りに速くするので;否定的な版の中で均一に、または良い、均一だけ発生させておよびビロードPbSO4を発生させる表面で容易に減らしなさい。
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従ってPbSO4蓄積の層か大きい粒子PbSO4は表面でかなり減らし電子移動および反作用に形作り、それに続く反作用をさらに困難にし必要な有効な表面積および材料を、「死んだ」区域否定的な版の内部にする。、表面PbSO4層がlead-acid電池のボディ反作用を妨げるので、否定的な電極の潜在性は電池の性能の悪化に鉛を促進する電解物の枯渇に終って水素に現時点で満たすとき電池の水を、電解しなければならない。
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この問題を解決するためには、私達は上記の図に示すように伝導性のネットワーク構造を形作る鉛の否定的な電極の炭素粒子を加えてもいい。このネットワーク構造の主な利点は次の通りある:
1.Provide反作用の中心:新しい反応中心はこれらの炭素粒子の表面で形作られる;
2.Form分極を減らす伝導性ネットワーク;
3.Formそれにより表面のPbSO4の集中された沈殿物の効果を減らす電極の表面そして内部の電気化学の反作用の均一進歩を促進するより良く、均一物質移動ネットワーク;
4.As異質材料、それはPbSO4粒子の成長を妨げ、均等に配られるそれらを作る;
5.Throughはカーボンの容量性効果、電池の容量および力の特徴改善される。
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、カーボンの付加は鉛カーボン電池に上記の利点に基づいて電池の寿命がかなり改善されるように効果的に否定的な電極の硫酸化の傾向を抑制できる。だけでなく、それは、鉛カーボン電池の工程従来のlead-acid電池のそれと大幅に異なっていない。それは成長したプロセスを変える必要はないし生産はエネルギー蓄積電池の長命および低価格の条件のための大規模な生産を、特に達成して容易である。
鉛カーボン電池のために、多くのタイプのカーボンが加えたある:カーボン ブラックの、活性炭、graphene、グラファイト、カーボン繊維およびカーボンnanotubes。そして鉛カーボン電池に提供することができる主な利点/主関数は次のとおりである:1)伝導および熱伝導;2)反作用および電気二重層キャパシタンスに必要な比表面積区域を提供するネットワークの気孔構造。それは才能を表示するために鉛カーボン電池の開発がカーボン材料家族に段階を与えたが性能の改善と原価管理間のバランスを見つける方法を鉛カーボン電池の高度カーボン材料の適用で注意を必要とする問題であるかもしれないこと言うことができる。さらに、カーボン材料の付加はまた制御される必要がある。たくさんのカーボン材料の付加は版の核分裂物質の取除くことのような一連の問題をもたらす。
働きおよび性能の特徴
鉛カーボン電池の否定的な電極は鉛金属カーボン粒子の比較的均一および良いネットワークを形作る。この構造は拡散の間隔を短くし、反作用の均等性を改善することを促し、カーボン自体によい伝導性およびキャパシタンス特徴がある。従来のlead-acid電池によって比較されて、それによりよい低温起動の能力、充満受諾の能力およびhigh-current充満排出の性能がある。
高い流れを使用した場合:コンデンサー カーボン材料は「緩衝として」機能する。鉛カーボン電池が頻繁な即時のhigh-current満たし、排出の下で働いているとき、容量性特徴のカーボン材料は主に流れを解放するか、または受け取る。酸電池のように、「否定的な電極の硫酸化」は効果的に電池の耐用年数を延長する高い流れの下にはっきりと起こる、;
低い流れを使用した場合:スポンジの鉛の否定的な電極が主に絶えずエネルギーを提供するのに使用され高い現在の影響による容量性エネルギーとしてカーボンで貯えられたエネルギーはまた近くの鉛と反応し、反作用は次第に均一になる。
エネルギー及び出力密度はあるリチウム電池の容量の近くに性能既にあるに40~60Wh/kg、300~400W/kgについて増加することができ、もっと重大に、費用は原価管理が厳密の機会で今でも低くリチウム電池のような他の電池によって比較される0.6~0.8rmb/Wh、それ持っているほとんどの利点をである。
浅い充満の下の長い生命、長いサイクル寿命および吐出し状態(のような4500回(70%DOD))
市場の位置およびテクニカル分析:鉛カーボン対リチウム電池対他か。
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近年、リチウム イオン電池の開発は後方」がなら非常に速く、多くの人々に「除去されるlead-acid電池べきである印象を与える。但し、実際、鉛カーボン電池の技術の導入そして改善と、中心の競争力:安価(0.6~0.8rmb/Wh)および豊かな生活はそれを静止したエネルギー蓄積、低速電気自動車、電気自転車で広く利用されたようにし、他の分野はリチウム電池および他の技術の強い反対者に似合う大きい達成をした。
1.静止したエネルギー蓄積の点では、光起電発電所のエネルギー蓄積のようなエネルギー蓄積分野、風力のエネルギー蓄積および格子ピーク規則は頻繁に電池は高い発電密度、長いサイクル寿命および低価格の特徴があるように要求する。鉛カーボン電池に十分なスペースおよび高い要された条件の機会でより大きい比較優位があり、相対的に言って、最初の投資費用は比較的低い。リチウム電池はスペースを要求し、高エネルギー密度および高い費用がより少なく費用に敏感な原因の、そして分散エネルギー蓄積の機会でもっと成長する機会のためにより適していたり。、コンデンサー(力の緩衝にしか使用することができない非常に低負荷の貯蔵密度、)および流れ電池(中型の技術の成熟、かなり大量)のような他のエネルギー蓄積の技術と比較されて、鉛カーボン技術まだよい競争力をこの段階で持っている。
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2. 交通機関のエネルギー蓄積の点では、鉛カーボン電池の主要な比較優位は安価、安定した性能およびよい安全である。A.安価は低速電気自動車のような低価格の市場でそれを持っている利点を作る。国にリチウム電池を促進する考えがあるが、結局、市場の規則は尊重される必要がある。B. Stableの性能は鉛カーボン電池が高低の温度のような信頼できる保護を厳しい状況下で提供することを可能にする。例えば、車の調歩電源はリチウム電池の低温性能は普遍性いままで常にだったが-20°Cで大きい流れを出力必要がある。長年問題。C. Goodのの安全:交通機関用具の安全は誇張することができない。リチウム電池に欠点が客観的にこの点であり、鉛酸鉛カーボン電池に固有の明らかな利点がこの点である。
従って、著者は鉛カーボン電池がある細分された分野の主要なポジションを近年維持することを信じる。リチウム電池のような技術が急速に育っているが、これらの電池の技術のそれぞれに自身の利点および不利な点があり、エネルギー蓄積の技術はさまざまなスケールおよびシナリオで使用することができない。分野の必要性に従って、適切なエネルギー蓄積の技術の適用を選ぶことはkingly方法である。
結末:
Lead-acid電池は古代および実用的な電池の技術である。コンデンサー カーボンの最適化をもたらすことによって作り出される鉛カーボン電池の新しい世代は新しい時代の伝説を続けるこのすばらしい電池の技術のための重要なブスターになった。費用、性能の安定性および安全はこのタイプの電池の中心の利点である、従ってまだ静止したエネルギー蓄積および低価格の電気自動車の分野のよい競争力が近年ある。当然、さまざまな技術は絶えず改良して、私達はまた熱心に期待し多く、より新しくおよびよりよいエネルギー蓄積の技術現れ、成熟し続けると便利を私達の生命に持って来る。