鉛炭電池儲能商業(yè)化應用大有可為

　　每當暮色降臨，中國科學院大連化學物理研究所（以下簡稱“大連化物所”）能源樓附近幾十盞路燈和景觀燈便一一亮起，這些燈亮度跟其他路燈并無區(qū)別，不同的是，每個燈柱上都安有一個太陽能電池板。太陽能路燈并不稀奇，但這些路燈卻是大連化物所的“小驕傲”。

　　“太陽能路燈多數(shù)采用鋰電池、傳統(tǒng)鉛酸電池來儲存電能，但我們這些燈用的是鉛炭電池儲能系統(tǒng)，這一系統(tǒng)已連續(xù)平穩(wěn)運行近兩年。”大連化物所儲能技術研究部首席研究員張華民說。

　　何為鉛炭電池？當前是否有更多應用案例，未來應用前景又如何？針對這些問題，張華民一一給出解答。

　　充放電性能突出

　　“鉛炭電池是鉛酸電池家族中的一員，是在鉛酸電池的負極中加入碳材料制成的電池。”張華民介紹，碳是非常神奇的元素，擁有的化合物種類最豐富，它的加入，使鉛炭電池在保留鉛酸電池原有功率密度的基礎上，充放電性能得到大幅改善。同時，鉛炭電池安全性和可靠性高，可以彌補普通鉛酸電池不能應對各種復雜工況的不足。

　　據(jù)了解，由于含有硫酸，鉛酸電池極板上容易形成難溶解、顆粒粗大的結晶，產(chǎn)生不可逆的硫酸鹽化現(xiàn)象。硫酸鹽化嚴重，容易導致電池儲能容量失效。“碳材料的引入，可以提高負極材料的導電性，從而大幅緩解硫酸鹽化現(xiàn)象，提高電池在部分荷電狀態(tài)下的循環(huán)壽命。”張華民說，在儲能條件下使用，鉛炭電池的充放電循環(huán)使用壽命可達鉛酸電池的數(shù)倍。環(huán)保方面，鉛炭電池對環(huán)境友好，可以實現(xiàn)100%電池回收。

　　張華民指出，按照加入碳材料方式的不同，鉛炭電池可分為三種：全炭負極型鉛炭電池、內并型鉛炭電池和內混型鉛炭電池。不同種類的鉛炭電池具有不同的特性，可以滿足不同應用領域的需求。內混型鉛炭電池由于具備較高的充電接受能力、優(yōu)異的循環(huán)穩(wěn)定性和與鉛酸電池相近的能量密度，特別適合可再生能源電能存儲。“在我國，鉛炭電池的研發(fā)與應用以內混型鉛炭電池為主。”

　　中關村儲能產(chǎn)業(yè)技術聯(lián)盟統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，截至2018年底，我國電化學儲能累計裝機規(guī)模1100MW，其中鉛蓄電池（包括鉛酸電池和鉛炭電池）占比達27.2%。

　　應用領域逐步拓寬

　　電池技術是制約儲能產(chǎn)業(yè)發(fā)展的關鍵。張華民認為，憑借充電接受能力強、安全可靠、制造成本低等優(yōu)勢，在可再生能源廣泛利用和儲能市場規(guī)模不斷擴大的背景下，鉛炭電池將成為繼鋰離子電池、液流電池之后，儲能電池的又一發(fā)展方向。

　　張華民介紹，我國從事鉛炭電池關鍵材料與技術研究、開發(fā)的科研院校有中國人民解放軍防化研究院、大連化物所、吉林大學、哈爾濱工業(yè)大學等單位。從事鉛炭電池研究開發(fā)與生產(chǎn)的企業(yè)主要有南都電源、圣陽電源、天能電池、超威集團、雙登集團等。

　　南都電源研發(fā)的鉛炭電池產(chǎn)品目前已被應用在多個國內儲能示范項目中，如浙江舟山東福山島風光柴儲能電站、新疆吐魯番新能源城市微電網(wǎng)示范工程、南方電網(wǎng)光儲一體化柴儲能電站、無錫新加坡工業(yè)園智能配網(wǎng)儲能電站、浙江鹿西島4MWH儲能項目等，運行狀況平穩(wěn)。

　　“大連化物所和中船重工風帆集團合作，就鉛炭電池電化學儲能的關鍵技術開展技術研究，開發(fā)出了擁有自主知識產(chǎn)權的鉛炭電池專用負極碳材料及多種型號的鉛炭電池產(chǎn)品樣機。去年12月份，我們研制的百千瓦時級鉛炭電池儲能系統(tǒng)也并網(wǎng)運行了，主要給食堂供電，不僅起到了檢驗實驗成果的作用，也展示了鉛炭電池儲能技術與可再生能源相結合的良好應用前景。”張華民說。

　　除了儲能，鉛炭電池也應用在了新能源汽車上。由于可以在車輛加速和制動期間快速輸出、輸入電荷，鉛炭電池特別適合于汽車啟停系統(tǒng)。記者了解到，日前，南都電源開發(fā)的鉛炭電池技術獲得了國際先進鉛酸電池聯(lián)合會（ALABC）的項目資助，這一技術將主要運用在汽車發(fā)動機啟停領域。

　　商業(yè)化推廣前景可期

　　“雖然我國在鉛炭電池關鍵技術和應用方面取得了較大進展，但在基礎理論和工程應用開發(fā)方面與國際發(fā)達國家相比仍有差距。”張華民坦言。差距主要表現(xiàn)在以下方面：碳材料開發(fā)多數(shù)還停留在實驗室階段，批量生產(chǎn)的產(chǎn)品均一性較差，不能滿足大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)需求；一些鉛炭電池生產(chǎn)企業(yè)缺乏高性能碳材料生產(chǎn)核心技術，仍需依賴進口；系統(tǒng)集成能力不足；一些應用示范項目效果不理想，鉛炭電池儲能電站的實際運行壽命低于預期等。

　　張華民表示，和其他電化學儲能技術相比，鉛炭電池在成本和安全性方面具有明顯優(yōu)勢。鉛炭電池成本大約為1000元/kW·h，電池報廢后，電池內的鉛很容易回收循環(huán)再利用，所以，鉛碳電池和鉛酸電池一樣，失效電池的殘值很高，是目前相對經(jīng)濟可行的電力儲能技術路線之一。同時，由于鉛炭電池的電解液是硫酸水溶液，只要保持通風，不會發(fā)生燃燒爆炸，因此安全性好。“今后隨著技術的不斷成熟，鉛炭電池在儲能領域將占據(jù)越來越大的市場份額。”