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在今年的中国“两会”上，全国人大代表张天任提出了一项关于能源的提案。应鼓励开发具有各种技术路线的储能电池。其中包括高能铅碳电池、锂离子电池、钠硫电池等。张天任认为，要鼓励应用新型高能铅碳电池，打造更加安全高效的储能电站。本文将向您介绍什么是铅碳电池，铅碳电池的原理和应用。

 

什么是铅碳电池

铅碳电池技术是一种新型的电化学储能技术，本质上是对铅酸电池配方的优化。铅碳电池是通过将碳材料添加到铅酸电池的负极而制成的电池。铅碳电池将铅酸电池和超级电容器合二为一，在充分发挥超级电容器短时大容量充电特性的技术中，保持了铅酸电池高比能的优势，使其具有良好的充放电性能和较长的使用寿命。铅碳电池除了性能优势外，在循环寿命、性价比、安全性、低温性能、生产和回收工艺等方面也有明显优势。

 

 

铅碳电池工作原理分析

传统铅酸电池的一个核心问题是负极的硫酸化，即在高速放电模式下，负极的海绵状铅与HSO4-快速反应形成PbSO4，此时，由于HSO4-和Pb的供应不匹配，PbSO4的成核速率过快，使得生成的PbSO4（本质上是绝缘的）在负极的表面上或者是巨大的颗粒；

铅碳电池的工作原理与超级电池相似，超级电池是另一种类型的超级电池。在负极板中加入碳材料，利用其超级电容器的瞬时大容量充电，在高速充电/放电过程中起到缓冲作用，有效保护负极板，抑制“硫酸化”现象。

铅碳电池中碳的添加有效抑制了负极的硫酸化趋势，显著提高了电池寿命。不仅如此，铅碳电池的生产工艺与传统铅酸电池没有本质区别。在不改变目前成熟工艺的情况下，很容易实现大规模生产，特别是对于储能电池寿命长、成本低的要求。

 

铅碳电池的特性

对于铅碳电池，添加了许多类型的碳：炭黑、活性炭、石墨烯、石墨、碳纤维和碳纳米管。它们为铅碳电池提供的主要优势/主要功能是：

1） 导电性和导热性；

2） 网状孔结构提供了反应所需的比表面积和双电层电容。

 

 

然而，如何在性能提高和成本控制之间找到平衡，可能是先进碳材料在铅碳电池中应用需要注意的问题。此外，添加的碳材料的量也需要控制，添加过多的碳材料会导致电极板活性材料脱落等一系列问题。

 

铅碳电池的优点和缺点

铅碳电池的负极形成由铅金属碳颗粒组成的相对均匀且精细的网络。这种结构有利于缩短扩散距离，提高反应的均匀性。

此外，碳本身具有良好的导电性和电容特性，使铅碳电池比传统铅酸电池具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。

 

优势

● 能量和功率密度，可提高到40~60Wh/kg、300~400W/kg，性能接近部分锂电池的容量。

● 性价比高的更关键的一点是，其成本仍在0.6~0.8rmb/Wh，低于锂电池等其他电池，在严格控制成本的情况下最具优势。

● 快速充电，比普通铅酸电池快8倍。

● 放电功率增加了3倍。

● 循环寿命增加到6倍，在浅充放电条件下具有较长的循环寿命（如4500次（70%DOD））

● 铅碳电池在高温、低温等极端条件下始终能提供可靠的保护，在-20℃时仍能提供相对较强的功率和容量。

● 使用安全稳定，可广泛应用于各种新能源和节能领域。

 

 

缺点

● 它体积大、重量重，不适合电动汽车等移动负载。

● 低温下的工作效率较差。

 

铅碳电池的应用场景

近年来，锂离子电池的发展非常快，锂电池替代铅酸系列产品的推出曾给许多人留下铅酸电池落后、应该淘汰的印象。具体对比请参考《铅酸电池与锂离子》一文。然而，事实上，随着铅碳电池技术的引入和改进。

铅碳电池的核心竞争力：铅碳电池成本低、寿命长，使其成为固定储能、低速电动车、电动自行车等领域的有力竞争对手，成为锂电池等技术的有力对手。在固定储能方面，在光伏电站储能、风电储能、电网调峰等储能领域，往往要求电池具有功率密度高、循环寿命长、价格低廉的特点。

 

 

铅碳电池在空间宽裕、成本要求高的地方具有更大的竞争优势，相对而言一次性投资成本相对较低。锂电池更适合于需要空间的应用，并且由于其高能量密度和高成本而对成本不太敏感。它们将在分布式储能应用中得到更多发展。

与其他储能技术相比，如电容器（储能密度很低，只能用于功率缓冲），对于液流电池（成熟度中等，体积明显较大），铅碳技术现阶段仍具有良好的竞争力。

 

总结

近年来，铅碳电池在某些领域保持了主导地位。尽管锂电池等技术发展迅速，但这些电池技术各有优缺点，没有一种储能技术能够在所有规模和场景中获胜。根据该领域的需要，选择合适的储能技术应用是最好的方法。