每當暮色降臨，中國科學院大連化學物理研究所（以下簡稱「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並無區別，不同的是，每個燈柱上都安有一個太陽能電池板。太陽能路燈並不稀奇，但這些路燈卻是大連化物所的「小驕傲」。
「太陽能路燈多數採用鋰電池、傳統鉛酸電池來儲存電能，但我們這些燈用的是鉛炭電池儲能系統，這一系統已連續平穩運行近兩年。」大連化物所儲能技術研究部首席研究員張華民說。
何為鉛炭電池？當前是否有更多應用案例，未來應用前景又如何？針對這些問題，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，是在鉛酸電池的負極中加入碳材料製成的電池。」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上，充放電性能得到大幅改善。同時，鉛炭電池安全性和可靠性高，可以彌補普通鉛酸電池不能應對各種複雜工況的不足。
據了解，由於含有硫酸，鉛酸電池極板上容易形成難溶解、顆粒粗大的結晶，產生不可逆的硫酸鹽化現象。硫酸鹽化嚴重，容易導致電池儲能容量失效。「碳材料的引入，可以提高負極材料的導電性，從而大幅緩解硫酸鹽化現象，提高電池在部分荷電狀態下的循環壽命。」張華民說，在儲能條件下使用，鉛炭電池的充放電循環使用壽命可達鉛酸電池的數倍。環保方面，鉛炭電池對環境友好，可以實現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：全炭負極型鉛炭電池、內並型鉛炭電池和內混型鉛炭電池。不同種類的鉛炭電池具有不同的特性，可以滿足不同應用領域的需求。內混型鉛炭電池由於具備較高的充電接受能力、優異的循環穩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。「在我國，鉛炭電池的研發與應用以內混型鉛炭電池為主。」
中關村儲能產業技術聯盟統計數據顯示，截至2018年底，我國電化學儲能累計裝機規模1100MW，其中鉛蓄電池（包括鉛酸電池和鉛炭電池）占比達27.2%。
應用領域逐步拓寬
電池技術是制約儲能產業發展的關鍵。張華民認為，憑藉充電接受能力強、安全可靠、製造成本低等優勢，在可再生能源廣泛利用和儲能市場規模不斷擴大的背景下，鉛炭電池將成為繼鋰離子電池、液流電池之後，儲能電池的又一發展方向。
張華民介紹，我國從事鉛炭電池關鍵材料與技術研究、開發的科研院校有中國人民解放軍防化研究院、大連化物所、吉林大學、哈爾濱工業大學等單位。從事鉛炭電池研究開發與生產的企業主要有南都電源、聖陽電源、天能電池、超威集團、雙登集團等。
南都電源研發的鉛炭電池產品目前已被應用在多個國內儲能示範項目中，如浙江舟山東福山島風光柴儲能電站、新疆吐魯番新能源城市微電網示範工程、南方電網光儲一體化柴儲能電站、無錫新加坡工業園智能配網儲能電站、浙江鹿西島4MWH儲能項目等，運行狀況平穩。
「大連化物所和中船重工風帆集團合作，就鉛炭電池電化學儲能的關鍵技術開展技術研究，開發出了擁有自主智慧財產權的鉛炭電池專用負極碳材料及多種型號的鉛炭電池產品樣機。去年12月份，我們研製的百千瓦時級鉛炭電池儲能系統也併網運行了，主要給食堂供電，不僅起到了檢驗實驗成果的作用，也展示了鉛炭電池儲能技術與可再生能源相結合的良好應用前景。」張華民說。
除了儲能，鉛炭電池也應用在了新能源汽車上。由於可以在車輛加速和制動期間快速輸出、輸入電荷，鉛炭電池特別適合於汽車啟停系統。記者了解到，日前，南都電源開發的鉛炭電池技術獲得了國際先進鉛酸電池聯合會（ALABC）的項目資助，這一技術將主要運用在汽車發動機啟停領域。
商業化推廣前景可期
「雖然我國在鉛炭電池關鍵技術和應用方面取得了較大進展，但在基礎理論和工程應用開發方面與國際已開發國家相比仍有差距。」張華民坦言。差距主要表現在以下方面：碳材料開發多數還停留在實驗室階段，批量生產的產品均一性較差，不能滿足大規模工業化生產需求；一些鉛炭電池生產企業缺乏高性能碳材料生產核心技術，仍需依賴進口；系統集成能力不足；一些應用示範項目效果不理想，鉛炭電池儲能電站的實際運行壽命低於預期等。
張華民表示，和其他電化學儲能技術相比，鉛炭電池在成本和安全性方面具有明顯優勢。鉛炭電池成本大約為1000元/kW·h，電池報廢后，電池內的鉛很容易回收循環再利用，所以，鉛碳電池和鉛酸電池一樣，失效電池的殘值很高，是目前相對經濟可行的電力儲能技術路線之一。同時，由於鉛炭電池的電解液是硫酸水溶液，只要保持通風，不會發生燃燒爆炸，因此安全性好。「今後隨著技術的不斷成熟，鉛炭電池在儲能領域將占據越來越大的市場份額。」
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