Obserwacja przemysłu | Stare drzewa i nowe kwiaty —— Wprowadzenie do technologii akumulatorów ołowiowo-węglowych i analiza zastosowań magazynowania energii

January 11, 2023

najnowsze wiadomości o firmie Obserwacja przemysłu | Stare drzewa i nowe kwiaty —— Wprowadzenie do technologii akumulatorów ołowiowo-węglowych i analiza zastosowań magazynowania energii
Stare drzewo: ołowiowe akumulatory węglowe
Akumulator kwasowo-ołowiowy to weteran w branży akumulatorów.Został wynaleziony przez Francuza G.plante w 1859 roku i ma ponad 150-letnią historię.Co więcej, główna zasada działania akumulatorów kwasowo-ołowiowych prawie się nie zmieniła przez te lata i można powiedzieć, że jest to weteran w branży akumulatorów.Dodatnim materiałem aktywnym zwykłych akumulatorów kwasowo-ołowiowych jest tlenek ołowiu (PbO2), a ujemnym materiałem aktywnym jest ołów (Pb), które są przymocowane do siatki.Akumulatory kwasowo-ołowiowe jako elektrolit wykorzystują wodny roztwór kwasu siarkowego, są proste w budowie i łatwe w użyciu.
najnowsze wiadomości o firmie Obserwacja przemysłu | Stare drzewa i nowe kwiaty —— Wprowadzenie do technologii akumulatorów ołowiowo-węglowych i analiza zastosowań magazynowania energii  0
Mechanizm reakcji ładowania i rozładowania jest następujący:
najnowsze wiadomości o firmie Obserwacja przemysłu | Stare drzewa i nowe kwiaty —— Wprowadzenie do technologii akumulatorów ołowiowo-węglowych i analiza zastosowań magazynowania energii  1
Akumulatory kwasowo-ołowiowe były jednymi z najczęściej używanych akumulatorów w ciągu ostatnich stu lat, głównie ze względu na kilka wyjątkowych zalet:
1. Niski koszt: tylko 0,6 ~ 0,7 rmb/Wh;
2. Proces przygotowania jest prosty: sprzęt przygotowawczy i inwestycja w zakład nie są duże, które są znacznie mniejsze niż baterie litowe;
3. Stosunkowo bezpieczny: prawdopodobieństwo wybuchu i spalania jest bardzo niskie;
4. Silne dostosowanie do środowiska: ma szeroki zakres roboczy, a zmiana wydajności wraz z temperaturą nie jest tak drastyczna jak w przypadku akumulatorów litowo-jonowych, a wymagania dotyczące systemów kontroli temperatury są niższe;
5. Łatwy do recyklingu i ponownego użycia: Recykling aktywnych materiałów ze zużytych akumulatorów kwasowo-ołowiowych jest stosunkowo łatwy;
6. Dojrzała, stabilna i niezawodna technologia: technologia z ponad 100-letnią historią ma bogate doświadczenie w użyciu i warto na niej polegać. Jednak tradycyjne akumulatory kwasowo-ołowiowe zawsze miały swoje wybitne problemy.
1. Problem długości życia: Tradycyjnie istnieje tylko kilkaset długości życia;
2. Problem z pracą z dużą mocą: w warunkach pracy o dużej szybkości powyżej 0,5 ° C występuje "zjawisko zasiarczenia" i przyspiesza tłumienie, co jest również podstawową przyczyną słabej żywotności akumulatorów kwasowo-ołowiowych;
3. Gęstość energii nie jest wysoka: tylko 20 ~ 40 Wh/kg, więc większość okazji o wysokiej gęstości energii wybiera baterie litowe, co jest również ważnym powodem silnego wzrostu baterii litowych w ostatnich latach;
4. Recykling i ponowne użycie: Chociaż recykling akumulatorów kwasowo-ołowiowych nie jest trudny, istnieje wiele nieprawidłowości w recyklingu akumulatorów kwasowo-ołowiowych ze względu na wadliwy mechanizm recyklingu i niską świadomość społeczeństwa w zakresie ochrony środowiska, co również powoduje marnowanie zasobów i zanieczyszczenie środowiska.
Wraz z postępem społeczeństwa stale rosną wymagania dotyczące magazynowania energii w akumulatorach przy różnych okazjach towarzyskich.W ciągu ostatnich kilku dziesięcioleci wiele technologii akumulatorów poczyniło ogromne postępy, a rozwój akumulatorów kwasowo-ołowiowych również napotkał wiele możliwości i wyzwań.W tym kontekście, dzięki wysiłkom naukowców i inżynierów, węgiel jest dodawany do aktywnego materiału elektrody ujemnej akumulatorów ołowiowo-kwasowych i tak powstają akumulatory ołowiowo-węglowe — ulepszona wersja tego akumulatora kwasowo-ołowiowego.
 
Nowe kwiaty: akumulatory ołowiowo-węglowe
Największym problemem tradycyjnych akumulatorów kwasowo-ołowiowych jest efekt zasiarczenia elektrody ujemnej po długotrwałej pracy przy dużych prądach, co powoduje uszkodzenie materiału i nagły spadek pojemności.Jednocześnie wszyscy widzieli wiele ważnych wiadomości na temat postępu baterii, takich jak ładowanie przez 7 sekund.W rzeczywistości wszystkie te wiadomości dotyczą superkondensatorów, które z natury zapewniają szybkie ładowanie, a nie akumulatorów.Nietrudno zauważyć, że krótka płytka akumulatorów kwasowo-ołowiowych (szybkie ładowanie i rozładowywanie) to właśnie sytuacja, z którą lepiej radzi sobie mechanizm pojemnościowy.Dlatego ktoś pomyślał, że dodanie węgla aktywnego do elektrody ujemnej akumulatora kwasowo-ołowiowego może połączyć zalety kondensatora i akumulatora.
W rzeczywistości możliwe jest użycie superkondensatora równolegle z akumulatorem kwasowo-ołowiowym (to zastosowanie można nazwać „równoległym zewnętrznym”, to znaczy akumulator i kondensator są mechanicznie zintegrowane równolegle jako dwa niezależne komponenty).W przypadku akumulatorów ołowiowo-węglowych sytuacja w tym czasie wygląda jak „akumulator kwasowo-ołowiowy z kombinacją superkondensatorów węglowych”, co ma na celu zintegrowanie zalet wysokiej mocy właściwej i długiej żywotności elektrycznych kondensatorów dwuwarstwowych w akumulatorach kwasowo-ołowiowych, moc i energia właściwa są poprawione, a żywotność baterii wydłużona, dlatego w niektórych miejscach jest również nazywana „ultrabaterią”.
Aktywnym materiałem elektrody ujemnej zwykłych akumulatorów kwasowo-ołowiowych jest ołów (Pb), podczas gdy w akumulatorach ołowiowo-węglowych elektroda ujemna jest zmieniana z czystego Pb na materiał węglowy (C) o charakterystyce pojemności elektrycznej dwuwarstwowej + charakterystyczny dla akumulatora gąbczasty ołów ( Mieszanka Pb Dwufunkcyjna kompozytowa elektroda ujemna, to znaczy elektroda ujemna ołowiowo-węglowa (ołowiowo-węglowa), jest następnie dopasowywana do elektrody dodatniej PbO2 w celu utworzenia akumulatora ołowiowo-węglowego.Ogólnie rzecz biorąc, zmiany w akumulatorach ołowiowo-węglowych pojawiają się głównie na elektrodzie ujemnej, a zmiany w roztworze elektrody i elektrodzie dodatniej nie są duże.Można powiedzieć, że o akumulatorach ołowiowo-węglowych można powiedzieć, że to nowe kwiaty kwitnące na starym drzewie akumulatorów ołowiowo-kwasowych, aw ostatnich latach uzyskano wiele dobrych wyników aplikacji.Pod tym względem dodany węgiel należy oczywiście zaliczyć.
najnowsze wiadomości o firmie Obserwacja przemysłu | Stare drzewa i nowe kwiaty —— Wprowadzenie do technologii akumulatorów ołowiowo-węglowych i analiza zastosowań magazynowania energii  2
Obecnie wiele firm produkujących akumulatory w kraju i za granicą produkuje akumulatory ołowiowo-węglowe.Reprezentatywne firmy to japońskie Furukawa, Ecoult, East Penn i Axion oraz krajowe Sacred Sun, Shuangdeng, Nandu i C&D.

Analiza zasady działania akumulatora ołowiowo-węglowego
Jednym z głównych problemów tradycyjnych akumulatorów kwasowo-ołowiowych jest zasiarczenie elektrody ujemnej, co oznacza, że ​​w trybie szybkiego rozładowania gąbczasty ołów na elektrodzie ujemnej reaguje szybko z HSO4-, tworząc PbSO4.W tym czasie, ponieważ para reagentów HSO4- i Pb Niedopasowanie podaży PbSO4 powoduje, że szybkość zarodkowania PbSO4 jest zbyt duża, co powoduje, że generowany PbSO4 (który ma charakter izolujący) „zakleja się” na powierzchni ujemnej elektrody lub generuje bardzo duże cząstki;Na powierzchni generowany jest równomiernie generowany wewnątrz płyty ujemnej lub tylko drobny, jednolity i łatwy do redukcji aksamitny PbSO4.
najnowsze wiadomości o firmie Obserwacja przemysłu | Stare drzewa i nowe kwiaty —— Wprowadzenie do technologii akumulatorów ołowiowo-węglowych i analiza zastosowań magazynowania energii  3
Warstwa akumulacyjna PbSO4 lub duże cząstki PbSO4 utworzone na powierzchni znacznie zmniejszają efektywną powierzchnię i materiały potrzebne do przenoszenia elektronów i reakcji, utrudniając kolejne reakcje, przez co wnętrze płyty ujemnej staje się „martwym” obszarem.Podczas ładowania, ponieważ warstwa powierzchniowa PbSO4 utrudnia reakcję ciała akumulatora kwasowo-ołowiowego, potencjał elektrody ujemnej musi w tym czasie elektrolizować wodę w akumulatorze do wodoru, co powoduje wyczerpanie elektrolitu, co dodatkowo prowadzić do pogorszenia wydajności baterii.
najnowsze wiadomości o firmie Obserwacja przemysłu | Stare drzewa i nowe kwiaty —— Wprowadzenie do technologii akumulatorów ołowiowo-węglowych i analiza zastosowań magazynowania energii  4
Aby rozwiązać ten problem, możemy dodać cząstki węgla do ołowianej elektrody ujemnej, co utworzy przewodzącą strukturę sieci, jak pokazano na powyższym rysunku.Główne zalety tej struktury sieci są następujące:
1. Zapewnij centra reakcji: na powierzchni tych cząstek węgla powstają nowe centra reakcji;
2. Utwórz sieć przewodzącą, aby zmniejszyć polaryzację;
3. Utwórz drobniejszą i jednorodną sieć przenoszenia masy, aby promować równomierny postęp reakcji elektrochemicznych na powierzchni i wewnątrz elektrody, zmniejszając w ten sposób skoncentrowany efekt wytrącania PbSO4 na powierzchni;
4. Jako materiał niejednorodny utrudnia wzrost cząstek PbSO4 i powoduje ich równomierne rozmieszczenie;
5. Dzięki pojemnościowemu efektowi węgla poprawia się pojemność i charakterystyka mocy akumulatora.
najnowsze wiadomości o firmie Obserwacja przemysłu | Stare drzewa i nowe kwiaty —— Wprowadzenie do technologii akumulatorów ołowiowo-węglowych i analiza zastosowań magazynowania energii  5
W oparciu o powyższe zalety dodatek węgla do akumulatora ołowiowo-węglowego może skutecznie tłumić trend zasiarczenia elektrody ujemnej, dzięki czemu żywotność akumulatora znacznie się poprawia.Co więcej, proces produkcji akumulatorów ołowiowo-węglowych nie różni się zasadniczo od procesu produkcji tradycyjnych akumulatorów kwasowo-ołowiowych.Nie trzeba zmieniać dojrzałego procesu, a produkcja jest łatwa do osiągnięcia na dużą skalę, szczególnie w przypadku długowiecznych i tanich wymagań akumulatorów do magazynowania energii.
W przypadku akumulatorów ołowiowo-węglowych dodaje się wiele rodzajów węgla: sadzę, węgiel aktywny, grafen, grafit, włókno węglowe i nanorurki węglowe.A ich główne zalety/główne funkcje, które można zapewnić akumulatorom ołowiowo-węglowym, to: 1) przewodzenie i przewodzenie ciepła;2) Sieciowa struktura porów, która zapewnia powierzchnię właściwą wymaganą do reakcji oraz pojemność elektryczną warstwy podwójnej.Można powiedzieć, że rozwój akumulatorów ołowiowo-węglowych dał rodzinie materiałów węglowych scenę do zademonstrowania swoich talentów, ale znalezienie równowagi między poprawą wydajności a kontrolą kosztów może być problemem wymagającym uwagi przy stosowaniu zaawansowanych technologii węglowych materiałów w akumulatorach ołowiowo-węglowych.Ponadto należy również kontrolować dodawanie materiałów węglowych.Zbyt duża ilość dodanego materiału węglowego doprowadzi do szeregu problemów, takich jak zrzucanie aktywnych materiałów na płytce.
Funkcje pracy i wydajności
Elektroda ujemna akumulatora ołowiowo-węglowego tworzy stosunkowo jednolitą i cienką sieć cząstek ołowiowo-węglowych.Taka struktura sprzyja skróceniu odległości dyfuzji i poprawie jednorodności reakcji, a sam węgiel ma dobre właściwości przewodnictwa i pojemności.W porównaniu z tradycyjnymi akumulatorami kwasowo-ołowiowymi ma lepszą zdolność rozruchu w niskiej temperaturze, zdolność przyjmowania ładunku i wysoką wydajność ładowania i rozładowania.
Podczas pracy z wysokim prądem: materiał węglowy kondensatora działa jak „bufor”.Kiedy akumulator ołowiowo-węglowy pracuje w warunkach częstego, chwilowego ładowania i rozładowywania wysokoprądowego, materiał węglowy o charakterystyce pojemnościowej głównie uwalnia lub odbiera prąd.Podobnie jak w przypadku akumulatorów kwasowych, „zasiarczenie elektrody ujemnej” następuje gwałtownie przy wysokim natężeniu prądu, co skutecznie przedłuża żywotność akumulatora;
Podczas pracy z niskim prądem: elektroda ujemna z ołowiu gąbczastego służy głównie do ciągłego dostarczania energii, a energia zmagazynowana w węglu jako energia pojemnościowa z powodu uderzenia wysokiego prądu będzie również reagować z ołowiem w pobliżu, a reakcja stopniowo stanie się jednolita.
Gęstość energii i mocy można zwiększyć do 40 ~ 60 Wh/kg, około 300 ~ 400 W/kg, wydajność jest już zbliżona do pojemności niektórych baterii litowych, a co ważniejsze, jej koszt nadal wynosi 0,6 ~ 0,8 rmb/Wh, niski W porównaniu z innymi bateriami, takimi jak baterie litowe, ma najwięcej zalet w sytuacjach, gdy kontrola kosztów jest ścisła.
Długa żywotność, długi cykl życia w warunkach płytkiego ładowania i rozładowania (np. 4500 razy (70% DOD))
Pozycjonowanie na rynku i analiza techniczna: Baterie ołowiowo-węglowe kontra baterie litowe a inne?
najnowsze wiadomości o firmie Obserwacja przemysłu | Stare drzewa i nowe kwiaty —— Wprowadzenie do technologii akumulatorów ołowiowo-węglowych i analiza zastosowań magazynowania energii  6
W ostatnich latach rozwój akumulatorów litowo-jonowych był bardzo szybki, wywołując u wielu osób wrażenie, że „akumulatory kwasowo-ołowiowe powinny zostać wyeliminowane, jeśli są zacofane”.Jednak w rzeczywistości, wraz z wprowadzeniem i ulepszeniem technologii akumulatorów ołowiowo-węglowych, jej podstawowa konkurencyjność: niski koszt (0,6 ~ 0,8 rmb / Wh) i dobra żywotność sprawiają, że jest ona szeroko stosowana w stacjonarnych magazynach energii, pojazdach elektrycznych o niskiej prędkości, elektrycznych rowery I inne dziedziny dokonały wielkich osiągnięć, stając się zdecydowanym przeciwnikiem baterii litowej i innych technologii.
1. Jeśli chodzi o stacjonarne magazynowanie energii, obszary magazynowania energii, takie jak magazynowanie energii w elektrowniach fotowoltaicznych, magazynowanie energii w elektrowniach wiatrowych i regulacja szczytów sieci często wymagają, aby akumulatory charakteryzowały się dużą gęstością mocy, długim cyklem życia i niską ceną.Akumulatory ołowiowo-węglowe mają większą przewagę konkurencyjną w sytuacjach, w których wymagana jest duża przestrzeń i wysokie koszty, a relatywnie rzecz biorąc, początkowy koszt inwestycji jest stosunkowo niski.Baterie litowe są bardziej odpowiednie w sytuacjach, które wymagają miejsca i są mniej wrażliwe na koszty ze względu na ich wysoką gęstość energii i wysokie koszty, i będą bardziej rozwinięte w sytuacjach rozproszonego magazynowania energii.W porównaniu z innymi technologiami magazynowania energii, takimi jak kondensatory (bardzo niska gęstość magazynowania energii, które mogą być wykorzystywane wyłącznie do buforowania mocy) i akumulatory przepływowe (średnia dojrzałość technologii, znacznie większa objętość), technologia ołowiowo-węglowa nadal ma dobrą konkurencyjność na tym etapie .
najnowsze wiadomości o firmie Obserwacja przemysłu | Stare drzewa i nowe kwiaty —— Wprowadzenie do technologii akumulatorów ołowiowo-węglowych i analiza zastosowań magazynowania energii  7
2. Jeśli chodzi o magazynowanie energii w transporcie, głównymi zaletami konkurencyjnymi akumulatorów ołowiowo-węglowych są niski koszt, stabilna wydajność i dobre bezpieczeństwo.A. Niski koszt sprawia, że ​​ma przewagę na rynku z niższej półki, takich jak pojazdy elektryczne o niskiej prędkości.Choć kraj ma pomysł na promowanie baterii litowych, to przecież zasady rynkowe trzeba respektować.B. Stabilna wydajność umożliwia akumulatorom ołowiowo-węglowym niezawodną ochronę w ekstremalnych warunkach, takich jak wysokie i niskie temperatury.Na przykład zasilacz start-stop samochodu musi być w stanie generować duży prąd w temperaturze -20°C, podczas gdy wydajność akumulatorów litowych w niskich temperaturach zawsze była uniwersalna.długotrwały problem.C. Dobre bezpieczeństwo: Nie można przecenić bezpieczeństwa narzędzi transportowych.Baterie litowe mają pod tym względem obiektywne wady, a akumulatory ołowiowo-kwasowo-ołowiowo-węglowe mają w tym względzie nieodłączne oczywiste zalety.
Dlatego autor uważa, że ​​akumulatory ołowiowo-węglowe utrzymają w ostatnich latach dominującą pozycję w niektórych wydzielonych dziedzinach.Chociaż technologie takie jak baterie litowe szybko się rozwijają, każda z tych technologii ma swoje zalety i wady, a żadna technologia magazynowania energii nie może być stosowana w różnych skalach i scenariuszach.Zgodnie z potrzebami w terenie, wybór odpowiedniej aplikacji technologii magazynowania energii jest królewską drogą.
Epilog:
Akumulator kwasowo-ołowiowy to starożytna i praktyczna technologia akumulatorów.Nowa generacja akumulatorów ołowiowo-węglowych, wyprodukowana poprzez wprowadzenie optymalizacji kondensatora węglowego, stała się ważnym impulsem dla tej niesamowitej technologii akumulatorów, aby kontynuować swoją legendę w nowej erze.Koszt, stabilność działania i bezpieczeństwo to podstawowe zalety tego typu akumulatorów, więc w ostatnich latach nadal będzie on miał dobrą konkurencyjność w dziedzinie stacjonarnego magazynowania energii i pojazdów elektrycznych z niższej półki.Oczywiście różne technologie są stale ulepszane, a my również z niecierpliwością oczekujemy, że coraz więcej, nowszych i lepszych technologii magazynowania energii będzie nadal pojawiać się i dojrzewać, wnosząc wygodę do naszego życia.