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铅碳电池发展潜力巨大
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9月3日下午，2014山东国际节能与新能源汽车展开幕前一天，由第一电动网和华泰证券联合主办的“微电蝶变：微型电动车发展趋势研讨会”在山东济南隆重举行，行业专家学者、领先企业代表、投资机构人士和媒体记者就“微型电动车的行业发展趋势、政策和投资前景”等主要议题各抒己见，热烈研讨。来自天能集团新能源事业部的王謇先生发表演讲称，铅碳电池发展潜力巨大。
天能集团新能源事业部王謇
王謇首先对铅炭电池作了简短的介绍。在国际先进铅蓄电池联合会(ALABC)支持下，“超级电池”的概念被提出并进行研发。2005年澳大利亚联邦科学与工业研究组织(CSIRO)的L.T.Lam等人首先报道了铅炭超级电池的开创性工作。与日本古河电池公司合作，生产出12V 6.7Ah的超级电池。经行车路试后，证明它具备电容器的大功率和蓄电池大容量的特性，适合于动力电池领域和储能领域。2009年美国奥巴马政府拨出专款支持发展铅酸“超级电池”项目。2010年4月，天能集团和哈尔滨工业大学成立“铅炭超级电池”联合实验室，在国内率先开始铅炭电池研发。
铅炭电池是在超级电池的基础之上研发的另一种超级铅酸电池，特点是安全、低成本、寿命长、能做成大规格、比功率高、维护方便、资源可回收利用。铅炭电池的出现，在电动车加速时允许快速充放电，相比传统铅酸电池延长数倍，大幅度降低成本，性价比大大提高，可以说是铅酸电池的一个创新技术。其次，铅碳电池与传统铅酸电池相比，放电功能可以提高3倍，普通的铅酸对外公布的充放电的次数400到600次，铅炭电池可以达到2000次，循环寿命大大提高。
王謇表示，铅碳电池发展潜力巨大。欧盟计划到2017年生产启停电动汽车(ISS)的占有率达到80%，仅此一项对铅炭电池的需求达到50亿美元/年。
2013年国内微型纯电动汽车(MEV)的产销量超过15万辆，动力电池需求量约20亿Wh，市值15亿元人民币，而且年增长率50%以上。2015年MEV对铅炭电池的需求量将达到50亿Wh，实现销售额30亿元人民币，到2020年达到100亿元人民币，为100万辆MEV提供性价比高的动力电池。铅炭电池在风、光电储能领域具有很大的市场。到2015年，仅国内风电装机规模1亿千瓦和光伏发电2100万千瓦，对超级电池的需求超过100亿元人民币。
谈到天能集团的铅碳电池研究技术水平，王謇称该集团已解决了3个技术突破点：高倍率部分荷电(HRPSoC)循环寿命、模拟HEV启-停模式(ISS)循环寿命，以及模拟中混HEV EUCAR功率辅助测试。天能集团的产品技术水平处于国内领先水平，在改性碳材料、铅碳混合负极、抑制析氢添加剂等方面进行了创新。
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[责任编辑：李]
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环保型铅炭超级电池的研究进展
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动力型铅炭超级电池性能研究
本文将自制活性炭加入铅酸电池中制成铅炭超级电池，着重研究了其低温性能、充电接受能力、快速等效循环寿命、100% DOD 循环寿命以及析氢等。结果发现，铅炭超级电池的低温容量保持率比普通铅酸电池的更高，充电接受能力提高35%；铅炭超级电池的快速等效循环寿命达普通铅酸电池的5倍以上，100%DOD循环寿命较普通铅酸电池提高55%。
Abstract：
Lead-carbon ultrabattery was manufactured by adding activated carbon into common lead-acid battery. The experiments results showed that the capacity maintenance rate of lead-carbon ultrabattery in low temperature was better than that of the common lead-acid battery. The charge acceptance of the former was also better than that of the latter with growth rate 35%. The accelerated cycle life of lead-carbon ultrabattery was 5 times higher than that of the common lead-acid battery. The cycle life with 100%DOD of the former was higher than that of the latter with growth rate of 55%.
YE Jiang-hai
作者单位：
湖南大学材料科学与工程学院,湖南长沙,410082
沈阳东北蓄电池有限公司,辽宁沈阳,110142
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铅炭电池用铅炭复合材料的研究
铅炭电池不仅具有铅酸电池性质而且具有炭的电容特性，因此在高倍率部分荷电状态(HRPSoC)下具有良好的循环性能以及良好的充电接受能力，这对混合动力汽车的发展具有重要意义。铅炭超级电池的研究核心在于炭材料，本论文深入分析炭材料在铅酸蓄电池中所处工作状态的基础上，创新性的提出新型结构的铅炭复合材，使其能够更好的适用于铅酸蓄电池体系。论文的主要研究结果如下:　　(1)炭包覆铅复合材料，首次制备的炭包覆铅(C@Pb)复合材料是一种具有壳核结构的球型材料，外壳为炭材料，内核为铅材料。C@Pb复合材料中的炭含量可以通过有机碳源的加入量子以控制;由于铅的比重比较大，使得复合材料的比表面积相对比较小，但密度比较大的C@Pb复合材料有效的解决了活性物质与活性炭混合不均的问题;通过电化学分析表明C@Pb复合材料对比其它炭材料具有较高的析氢过电位，可以有效抑制氢气的析出，同时通过10000次循环伏安扫描，比电容相比初始值保持在94％，说明该炭材料具有良好的电化学稳定性。　　(2)采用电沉积法制备铅炭复合材料，研究表明以混合炭材料作为炭载体，电沉积时间30s、电流密度为75mA·m-2时，制得得铅炭复合材料相对效果较好;电沉积铅炭复合材料增强了铅与炭的界面结合，能够有效增强电荷在铅与炭界面的传递。　　(3)优化铅酸电池正负极添加剂的比例，制备12V10Ah电池，研究不同比例的添加剂对电池电化学性能的影响。研究结果表明正极中加入30％的红丹，负极中加入1％的C@Pb复合材料，电池的放电性能、充电接受能力、常温和低温的高倍率放电性能效果教好。然后将最佳工艺的铅炭电池与对照电池（未加C@Pb复合材料）比较，发现负极板中添加1％的C@Pb复合材料可使铅酸蓄电池充电接受能力提升57.0％;有良好的高倍率放电特性，在5C高倍率放电提升54.9％;在HRPSOC微循环寿命测试中，铅炭电池的放电电压下降缓慢，循环寿命明显高于对照铅酸电池。此外，利用SEM、XRD等分析手段对负极板进行表征，发现C@Pb复合材料能够明显减少负极板的硫酸盐化，改善充放电过程的可逆性，从而提高电池的循环寿命。
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万方数据电子出版社告诉你一个真实的铅炭电池 莫被概念混淆
铅炭电池是一种电容型铅酸电池，在铅酸电池的负极中加入了活性炭。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)，若把负极活性材料Pb全部换成活性炭，则普通铅酸电池变成混合电容器；若把活性炭混合到负极活性材料Pb中，则普通铅酸电池变成铅炭电池。它将具有双电层电容特性的炭材料（C）与海绵铅（Pb）负极进行合并制作成既有电容特性又有电池特性的Lead-carbon双功能复合电极（以下简称Lead-carbon电极），Lead-carbon复合电极再与PbO2正极匹配组装成Lead-carbon电池。
铅碳电池是一种新型的超级电池，你可以这样理解，铅碳电池是将铅酸电池和超级电容器两者合一：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，且拥有非常好的充放电性能——90分钟就可充满电（铅酸电池若这样充、放，寿命只有不到30次）。而且由于加了碳（石墨烯），阻止了负极硫酸盐化现象，改善了过去电池失效的一个因素，更延长了电池寿命。
1）当电池在频繁的瞬时大电流充放电工作时，主要由具有电容特性的炭材料释放或接收电流，抑制铅酸电池的“负极硫酸盐化”，有效地延长了电池使用寿命；
2）当电池处于长时间小电流工作时，主要由海绵铅负极工作，持续提供能量;
3）Lead-carbon超级复合电极高碳含量的介入，使电极具有比传统铅酸电池有更好的低温启动能力、充电接受能力和大电流充放电性能。
在性能方面，铅炭电池同时具有铅酸电池和电容器的特点。活性炭的加入，提升了电池的功率密度，延长了循环寿命，同时由于活性炭占据了部分电极空间，导致能量密度降低，也可能增加电极析气量。在工艺方面，活性炭的加入，增加了调浆和极片涂布难度。总体而言，铅炭电池性能优于普通铅酸电池，是一种先进铅酸电池，也是铅酸电池技术发展的主流方向。
研发情况存在问题
1）高碳铅酸电池的炭材料添加量为4%以上，对于普通的铅酸电池，碳材料的添加量为0.2%以下。那么对于铅炭电池碳材料的最佳哦添加量是一个有待探讨的问题。
2）铅粉和碳材料的混合，以何种方式加入才能使碳材料与铅粉均匀混合，且能够保证负极铅-炭混合材料涂膏的稳固性，极板和铅膏的结合能力，达到保证负极板的强度要求。
3）在进行外化成后，负极板表面有炭材料析出，出现板栅膨胀变形现象。
4）炭材料的加入会加剧负极析氢问题，使蓄电池失水严重，免维持性能降低，导致蓄电池失效模式发生改变。
5）炭材料和铅粉密度相差非常大，添加后负极板的孔隙率大幅度上升，负极易被氧化。
1）若要使铅炭电池具有超级电容的效果，炭材料的添加量一定要大于4%，国内外研究表明炭材料的添加量可以达到10%~20%。
2）若保证负极铅-炭混合材料涂膏的稳固性、极板和铅膏的结合能力，必须加入适用于铅酸电池的粘结剂，例如PTFE,CMC,氯丁橡胶等。
3）要保证负极板的强度，首先在和膏时要保证铅膏湿密度，铅膏湿密度在4.2~4.5g/cm3最佳。加入适量粘结剂或短纤维，采用机器涂膏以增加涂膏压力都可以达到保证极板强度的目的。
4）为防止化成时炭材料的损失和板栅膨胀变形，可以采用内化成工艺，注意内化成的电流设计工艺应适当进行调整。
5）对于负极析氢问题，可以向负极活性物质中添加适量的抑制析氢添加剂，例如氧化银，锌的化合物等。
6）在防止负极氧化方面，可以采取内化成工艺：若是做外化成，则要适当延长无氧干燥时间。
铅炭电池是铅酸蓄电池领域最先进的技术，也是国际新能源储能行业的发展重点，具有非常广阔的应用前景。储能电池技术是制约新能源储能产业发展的关键技术之一。光伏电站储能、风电储能和电网调峰等储能领域，要求电池具有功率密度较大，循环寿命长和价格较低等特点。铅炭电池、锂离子电池和液流电池是新能源储能电池的三大发展方向。其中，锂电成本相对较高，一致性问题也仍然存在；液流电池成本也很高；而铅炭电池是近期相对实际可行的储能技术路线。
普通铅酸电池具有低成本优势，但其循环寿命短的缺点，导致单位次数储能成本较高。铅炭电池由于加入了活性炭，阻止了负极硫酸盐化现象，延长了电池寿命，同时也降低了单位次数使用成本，在新能源储能领域发展潜力很大。
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[责任编辑：赵卓然]
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