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超威黄伟国:什么样的炭能够作为铅炭电池应用于储能系统

北极星储能网  来源:电力头条APP    2018/9/20 14:45:27  我要投稿  

北极星储能网讯:我们用于储能主要是考虑低倍率的,低倍率产生硫酸盐化,主要是负极长期在欠充的条件下,硫酸铅在表面会产生晶体,然后生成粗糙的硫酸盐晶体,这种情况很多应用都有,比如说储能调峰等等,如果电池一旦处于亏电状态就很容易产生硫酸盐化,超威工程师黄伟国在2018国际储能峰会上表示。

2018年09月19-20日,2018第五届国际储能峰会在唐山南湖国际会展中心拉开帷幕。峰会邀请来自25个国家和地区百余位海内外演讲嘉宾共商储能良机。北极星储能网将对大会进行全程直播,如需我们直播您的会议,请联系微信号:13693626116。

超威集团新型电池开发部工程师黄伟国先生介绍了超威储能项目的研究进展。

超威.jpg

以下为发言实录:

超威储能系统工程师黄伟国:各位嘉宾,各位同仁下午好,我来自超威,首先简单介绍一下超威,超威去年的总销售收入是1000个亿,下辖110多个分公司,主要的业务是动力电池和储能电池以及动力电池和储能电池的相关产业的一些公司。

我在这里,借此机会简单汇报一下在储能电池里面一个细分的电池研究进展做个简单汇报。主要是介绍一下用于储能的铅炭电池的研究情况,分四个内容,第一个是铅炭电池的技术原理,第二个是我们怎么做铅炭,进展情况怎么样,第三个就是我们超威做这个项目的优势,第四个是生产基地,厂房的情况,简单介绍一下。

普通的铅炭蓄电池早就应用于储能领域,但是传统的铅酸蓄电池有一个问题就是硫酸盐化,在储能或者是其他一些欠充电状态,不负荷状态下会发生硫酸盐化,高功率下也会发生硫酸盐化,这是整个传统铅酸蓄电池最大的问题。

怎么样解决这个硫酸盐化,上午的话我听了两个报告可以修复,但是我这里不是修复,我从源头来解决。最早的时候,早在1997年的时候,开发混合动力的时候,大电流高功率发现硫酸盐化特别严重,这种情况下把传统的碳材料用量提高到10倍,发现混合动力上可以大大的改善,但是碳加多了很多负反应也发生,并不是最佳的解决方案。

2009年穆教授把其他的碳也发生了一些研究,发现也可以得到改善,2010年的时候也对石墨添加到里面,发现也可以得到改善。这么多碳加进去以后,到底哪种碳可以,后来铅炭电池这个概念就不断在固体里加不同碳就发现铅炭电池这样一个概念。有一种将负极采用高电容的活性炭,正极还是二氧化铅,可以在高功率下保险很好,但是比能量很低。

这里强调一点,根据文献报道,具有电化学活性的炭材料,由于炭材料种类很多,所以在研究这些铅炭电池的时候也得到了很多的意见不统一的机理,有些人认为电容炭进去电容起到了作用,也有人认为活性炭有电催化的作用,也有人认为石墨烯管有导电作用,也有人认为我们的铅炭电池为什么正极没有硫化,他认为正极体积变化比较小,不能够硫化,但是负极铅和铅酸铅转换比较大,有转化的空间,如果我们产生一个位阻也可以抑制硫酸盐化,目前也不是很理想,所以他认为是一个位阻的机理。

我们的材料,我们进行了一个系统的研究,这是我们研究了不同的材料,根据结构特征和指标特征进行了研究,分类整理,最后要找出铅炭电池的机理到底是什么,我们的研究手段,首先对原材料,对形貌和一些物理指标,一些理化指标进行表征,这是部分的表征图。我们用XRD对结构分类进行表征,然后进行了不同模式的测试,比如说高功率的,我们用5C的功率进行测试,对比传统的铅酸蓄电池发现我们开发的铅炭电池循环寿命可以大大的提高,我们在中等功率也进行测试,也可以得到改善。我们在低倍率也进行了一些测试,我们测试的时候也进行了分类处理。我们还做了铅炭电池低温的测试,在低温条件下我们炭加进去之后有什么表现也进行了测试,我这里的曲线都是一些代表性的,因为测试的项目很多,炭材料也很多只是讲了一些代表性的,看它的变化规律。

研究了这么多以后,我们最后来看一看到底是什么样的炭才能够作为铅炭电池,也是看我们发现了什么,首先看铅酸蓄电池硫化有两种情况,左边这种是低倍率的,它是硫酸铅的生成在基板内部,还有是在表面生成,两种硫酸生成的情况。我们用于储能主要是考虑低倍率的,低倍率产生硫酸盐化,主要是负极长期在欠充的条件下,硫酸铅在表面会产生晶体,然后生成粗糙的硫酸盐晶体,这种情况很多应用都有,比如说储能调峰等等,如果电池一旦处于亏电状态就很容易产生硫酸盐化。

我们在解决铅炭抑制硫化的时候并不是只看储能,我们是三个都看,我们怎么样阻止硫酸盐化,第一个,高功率的汽车启停,硫化主要是分两个,一个是表面密集,然后表面密集如果不及时充电就会产生结晶,所以一和二。第二种就是低倍率的,就是左边第三条线,我们要解决硫酸盐化,就是把这三条线切断,怎么样切断这三条线?整个机理里其中有一个机理是得到公认的就是平行反应机理,炭的表面,电流既在铅的表面,也可以在炭的表面发生,这样一来如果我们负极加了炭以后,我们的充电电流同样进去,进去以后如果炭表面也有电流的话,第一个可以降低极化,另一个可以进行硫酸铅的还原。

我们对三种炭,一种是炭黑,一种是石墨,一种是活性炭,我们对应晶体结构发现三种材料得到了不同的形貌,然后对应这三种材料我们再看电池性能也有一定的对应关系。刚才是三种不同类型的,同一种类型的,都是活性炭我们再来看微观结构,微观的晶体结构不一样,得到了三种不同的形貌。我们再来看放电性能,也得到了对应的关系,然后我们将活性炭和石墨产生一个配合共同调整,得到了一个共同的形貌。

整个过程,炭加进去对形貌影响是最大的,炭的形态也是多变的,在循环过程中是可以发生一个形变,铅与硫酸铅溶解形态是发生变化的,这个时候为硫酸铅的结晶提供了条件。如果我们把炭加进去以后,我们看这个图,我们处理以后活性炭周围的铅在放电状态下,硫酸铅和炭表面的硫酸铅与铅之间产生了网络结构,所以我们可以试想一下,我们的炭加进去以后是可以调节骨架结构,最后产生一个合理的网状结构,当然前面的机理都存在,只是说我们发现对整个负极有一个结构的调控作用,什么样的炭能够调出什么样的结构,我们找到最佳的结构就可以了,然后我们在定向合成,什么指标,炭的什么结构可以调成什么样,这就是我们的研究过程,找到我们合适的炭再开发我们的铅炭电池。

(发言根据电力头条App速记整理,未经本人审核)

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