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超威黃偉國:什么樣的炭能夠作為鉛炭電池應(yīng)用于儲能系統(tǒng)

時間:2018-09-20 17:17來源:電力頭條APP 作者:綜合報道
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       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(nèi)外演講嘉賓共商儲能良機。超威集團(tuán)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(jìn)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(wù)是動力電池和儲能電池以及動力電池和儲能電池的相關(guān)產(chǎn)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(xì)分的電池研究進(jìn)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(nèi)容,第一個是鉛炭電池的技術(shù)原理,第二個是我們怎么做鉛炭,進(jìn)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(chǎn)基地,廠房的情況,簡單介紹一下。
 
       普通的鉛炭蓄電池早就應(yīng)用于儲能領(lǐng)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(fù)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。
 
       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(fù),但是我這里不是修復(fù),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(xiàn)硫酸鹽化特別嚴(yán)重,這種情況下把傳統(tǒng)的碳材料用量提高到10倍,發(fā)現(xiàn)混合動力上可以大大的改善,但是碳加多了很多負(fù)反應(yīng)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(xiàn)也可以得到改善,2010年的時候也對石墨添加到里面,發(fā)現(xiàn)也可以得到改善。這么多碳加進(jìn)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(xiàn)鉛炭電池這樣一個概念。有一種將負(fù)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(diào)一點,根據(jù)文獻(xiàn)報道,具有電化學(xué)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(rèn)為電容炭進(jìn)去電容起到了作用,也有人認(rèn)為活性炭有電催化的作用,也有人認(rèn)為石墨烯管有導(dǎo)電作用,也有人認(rèn)為我們的鉛炭電池為什么正極沒有硫化,他認(rèn)為正極體積變化比較小,不能夠硫化,但是負(fù)極鉛和鉛酸鉛轉(zhuǎn)換比較大,有轉(zhuǎn)化的空間,如果我們產(chǎn)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(rèn)為是一個位阻的機理。
 
       我們的材料,我們進(jìn)行了一個系統(tǒng)的研究,這是我們研究了不同的材料,根據(jù)結(jié)構(gòu)特征和指標(biāo)特征進(jìn)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(biāo),一些理化指標(biāo)進(jìn)行表征,這是部分的表征圖。我們用XRD對結(jié)構(gòu)分類進(jìn)行表征,然后進(jìn)行了不同模式的測試,比如說高功率的,我們用5C的功率進(jìn)行測試,對比傳統(tǒng)的鉛酸蓄電池發(fā)現(xiàn)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(jìn)行測試,也可以得到改善。我們在低倍率也進(jìn)行了一些測試,我們測試的時候也進(jìn)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(jìn)去之后有什么表現(xiàn)也進(jìn)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(xiàn)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(nèi)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(chǎn)生硫酸鹽化,主要是負(fù)極長期在欠充的條件下,硫酸鉛在表面會產(chǎn)生晶體,然后生成粗糙的硫酸鹽晶體,這種情況很多應(yīng)用都有,比如說儲能調(diào)峰等等,如果電池一旦處于虧電狀態(tài)就很容易產(chǎn)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(chǎn)生結(jié)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(rèn)的就是平行反應(yīng)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(fù)極加了炭以后,我們的充電電流同樣進(jìn)去,進(jìn)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(jìn)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(yīng)晶體結(jié)構(gòu)發(fā)現(xiàn)三種材料得到了不同的形貌,然后對應(yīng)這三種材料我們再看電池性能也有一定的對應(yīng)關(guān)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(jié)構(gòu),微觀的晶體結(jié)構(gòu)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(yīng)的關(guān)系,然后我們將活性炭和石墨產(chǎn)生一個配合共同調(diào)整,得到了一個共同的形貌。
 
       整個過程,炭加進(jìn)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(jié)晶提供了條件。如果我們把炭加進(jìn)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(chǎn)生了網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),所以我們可以試想一下,我們的炭加進(jìn)去以后是可以調(diào)節(jié)骨架結(jié)構(gòu),最后產(chǎn)生一個合理的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu),當(dāng)然前面的機理都存在,只是說我們發(fā)現(xiàn)對整個負(fù)極有一個結(jié)構(gòu)的調(diào)控作用,什么樣的炭能夠調(diào)出什么樣的結(jié)構(gòu),我們找到最佳的結(jié)構(gòu)就可以了,然后我們在定向合成,什么指標(biāo),炭的什么結(jié)構(gòu)可以調(diào)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。
 
(責(zé)任編輯:子蕊)
文章標(biāo)簽: 儲能系統(tǒng) 鉛碳電池
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