每當(dāng)暮色降臨，中國(guó)科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所（以下簡(jiǎn)稱(chēng)“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(wú)區(qū)別，不同的是，每個(gè)燈柱上都安有一個(gè)太陽(yáng)能電池板。太陽(yáng)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(yáng)能路燈多數(shù)采用鋰電池、傳統(tǒng)鉛酸電池來(lái)儲(chǔ)存電能，但我們這些燈用的是鉛炭電池儲(chǔ)能系統(tǒng)，這一系統(tǒng)已連續(xù)平穩(wěn)運(yùn)行近兩年。”大連化物所儲(chǔ)能技術(shù)研究部首席研究員張華民說(shuō)。

何為鉛炭電池？當(dāng)前是否有更多應(yīng)用案例，未來(lái)應(yīng)用前景又如何？針對(duì)這些問(wèn)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(fù)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(lèi)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(chǔ)上，充放電性能得到大幅改善。同時(shí)，鉛炭電池安全性和可靠性高，可以彌補(bǔ)普通鉛酸電池不能應(yīng)對(duì)各種復(fù)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(jié)晶，產(chǎn)生不可逆的硫酸鹽化現(xiàn)象。硫酸鹽化嚴(yán)重，容易導(dǎo)致電池儲(chǔ)能容量失效。“碳材料的引入，可以提高負(fù)極材料的導(dǎo)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(shuō)，在儲(chǔ)能條件下使用，鉛炭電池的充放電循環(huán)使用壽命可達(dá)鉛酸電池的數(shù)倍。環(huán)保方面，鉛炭電池對(duì)環(huán)境友好，可以實(shí)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(fù)極型鉛炭電池、內(nèi)并型鉛炭電池和內(nèi)混型鉛炭電池。不同種類(lèi)的鉛炭電池具有不同的特性，可以滿(mǎn)足不同應(yīng)用領(lǐng)域的需求。內(nèi)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(chǔ)。“在我國(guó)，鉛炭電池的研發(fā)與應(yīng)用以?xún)?nèi)混型鉛炭電池為主。”

中關(guān)村儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)技術(shù)聯(lián)盟統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，截至2018年底，我國(guó)電化學(xué)儲(chǔ)能累計(jì)裝機(jī)規(guī)模1100MW，其中鉛蓄電池（包括鉛酸電池和鉛炭電池）占比達(dá)27.2%。

應(yīng)用領(lǐng)域逐步拓寬

電池技術(shù)是制約儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵。張華民認(rèn)為，憑借充電接受能力強(qiáng)、安全可靠、制造成本低等優(yōu)勢(shì)，在可再生能源廣泛利用和儲(chǔ)能市場(chǎng)規(guī)模不斷擴(kuò)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(chǔ)能電池的又一發(fā)展方向。

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

南都電源研發(fā)的鉛炭電池產(chǎn)品目前已被應(yīng)用在多個(gè)國(guó)內(nèi)儲(chǔ)能示范項(xiàng)目中，如浙江舟山東福山島風(fēng)光柴儲(chǔ)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(chǔ)一體化柴儲(chǔ)能電站、無(wú)錫新加坡工業(yè)園智能配網(wǎng)儲(chǔ)能電站、浙江鹿西島4MWH儲(chǔ)能項(xiàng)目等，運(yùn)行狀況平穩(wěn)。

“大連化物所和中船重工風(fēng)帆集團(tuán)合作，就鉛炭電池電化學(xué)儲(chǔ)能的關(guān)鍵技術(shù)開(kāi)展技術(shù)研究，開(kāi)發(fā)出了擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的鉛炭電池專(zhuān)用負(fù)極碳材料及多種型號(hào)的鉛炭電池產(chǎn)品樣機(jī)。去年12月份，我們研制的百千瓦時(shí)級(jí)鉛炭電池儲(chǔ)能系統(tǒng)也并網(wǎng)運(yùn)行了，主要給食堂供電，不僅起到了檢驗(yàn)實(shí)驗(yàn)成果的作用，也展示了鉛炭電池儲(chǔ)能技術(shù)與可再生能源相結(jié)合的良好應(yīng)用前景。”張華民說(shuō)。

除了儲(chǔ)能，鉛炭電池也應(yīng)用在了新能源汽車(chē)上。由于可以在車(chē)輛加速和制動(dòng)期間快速輸出、輸入電荷，鉛炭電池特別適合于汽車(chē)啟停系統(tǒng)。記者了解到，日前，南都電源開(kāi)發(fā)的鉛炭電池技術(shù)獲得了國(guó)際先進(jìn)鉛酸電池聯(lián)合會(huì)（ALABC）的項(xiàng)目資助，這一技術(shù)將主要運(yùn)用在汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)啟停領(lǐng)域。

商業(yè)化推廣前景可期

“雖然我國(guó)在鉛炭電池關(guān)鍵技術(shù)和應(yīng)用方面取得了較大進(jìn)展，但在基礎(chǔ)理論和工程應(yīng)用開(kāi)發(fā)方面與國(guó)際發(fā)達(dá)國(guó)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(kāi)發(fā)多數(shù)還停留在實(shí)驗(yàn)室階段，批量生產(chǎn)的產(chǎn)品均一性較差，不能滿(mǎn)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(shù)，仍需依賴(lài)進(jìn)口；系統(tǒng)集成能力不足；一些應(yīng)用示范項(xiàng)目效果不理想，鉛炭電池儲(chǔ)能電站的實(shí)際運(yùn)行壽命低于預(yù)期等。

張華民表示，和其他電化學(xué)儲(chǔ)能技術(shù)相比，鉛炭電池在成本和安全性方面具有明顯優(yōu)勢(shì)。鉛炭電池成本大約為1000元/kW·h，電池報(bào)廢后，電池內(nèi)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(duì)經(jīng)濟(jì)可行的電力儲(chǔ)能技術(shù)路線之一。同時(shí)，由于鉛炭電池的電解液是硫酸水溶液，只要保持通風(fēng)，不會(huì)發(fā)生燃燒爆炸，因此安全性好。“今后隨著技術(shù)的不斷成熟，鉛炭電池在儲(chǔ)能領(lǐng)域?qū)⒄紦?jù)越來(lái)越大的市場(chǎng)份額。”