陈红雨新结构铅酸蓄电池

,陈红雨王富茜熊正林华南师范大学化学与环境学院肇庆理士电源技术有限公司广东高校储能与动力电池产学研结合示范基地电化学储能电池材料与技术教育部工程中心,新结构的铅酸蓄电池,2010年4月25日南京,人类发展过程中面临的危机,蓬勃发展的铅酸电池,铅酸电池在我们日常生活中具有广泛的应用。无论产值还是销售额，铅酸蓄电池占所有化学电源的50%以上。自普兰特发明铅酸电池以来已有150多年的历史了，铅酸蓄电池是一匹老马，但是这匹老马老骥伏枥、志在千里，俞来俞显得生机勃勃。,蓬勃发展的铅酸电池,随着技术工艺和设备的更新换代，铅酸蓄电池逐步向清洁生产和节能减排方向发展。由于科技的进步和技术的革新，出现了新种类和新结构的铅酸电池。,新结构的铅酸蓄电池,超级电池,铅酸蓄电池,超级电池源于技术的结合,超级电容器,老当益壮的,如日中天的,铅酸蓄电池,不对称超级电容器,超级电池的关键技术,寻找在硫酸中稳定的高容量的炭材料。超级电池的权威研究者Lam认为对炭材料的要求：成本低，电容量大，循环寿命长，析氢速率低，足够大的机械强度，同铅酸蓄电池具有相似的工作电位。Pb-C在硫酸中的复合。,超级电池的结构,1-Pb负极板2-PbO2正极板3-电容器负极板4-电池盒体5-AGM隔板6-微孔聚合物隔板7-电解液8-正极柱线9-负极柱线,超级电池的结构,2-PbO2正极板3-Pb负极板103-电容器负极板23-电容器负极板,超级电池负极板的设计,将炭粉和铅粉等其他成分按照一定比例混合，制成双性极板。应用性能优越的炭制成炭板，直接插入到电池中，与铅负极板复合组成双性负极板。在原有极板基础上表面电渗析一层薄碳(C)，作为电容电极，内层为Pb，作电池电极。,超级电池负极板的设计,通过比较第三代双性负极板性能最佳，现有电池工厂不用进行额外投资就可以大规模生产，只是工艺配方进行调整，因此可以立即投产。,超级电池负极板的制造工艺,超级电池负极板的配方按重量百分比及其各组份间的比例铅粉：硫酸钡：腐植酸：木素：硬脂酸：乙炔黑：碳纤维等于100：0.6-1.2：0.2-0.6：0.1-0.5:0.2-0.5：0.1-0.6:0.5-0.8。,超级电池性能评价,国内外对于超级电池的性能进行了广泛的实验室研究测试，以及安装到电动车上进行实地试验，对超级电池性能有准确的评估。优点:电池成本低，寿命长、安全可靠、储存能量大,工作温度范围宽（-40-50摄氏度）、可以大电流放电，充电速度快、绿色环保。缺点:自放电较大，正极腐蚀比较严重。,超级电池的发展现状,超级电池由澳大利亚CSIRO研发。CSIRO授权于日本古河蓄电池股份有限公司,古河公司已经成功开发出阀控式超级电池和富液式超级电池，并用于混合动力汽车的试验中,将会把这项技术在日本和泰国公开。在奥巴马“下一代”电池和电动车计划中,EastPenn公司得到3250万美元资助研发铅酸电池与超级电容器集成的超级电池,将会把这项技术在美国、加拿大、墨西哥等地推广。华南师范大学超级电池的研究有较大进展，已经进入电池实验阶段。,不同电池的成本比较,超级电池性价比最高，具有很好的应用前景。,新结构的铅酸蓄电池,Pb-C电池,Pb-C电池,将炭粉和铅粉等其他成分按照一定比例混合，制成双性极板。位于美国宾夕法尼亚州纽卡斯尔的Axion电源公司正准备生产一种基于铅一碳(PbC)技术的新型蓄电池,也可以理解Pb-C电池为一种特殊的超级电池，因为二者机理是相同的。美国24亿美元的电池和电动车计划中，Exide公司和Axion公司得到3430万美元资助，用于铅-炭电极技术生产先进铅酸蓄电池满足微混和中混电动车要求。,Pb-C电池的结构和特点,特点：循环寿命长；快速充电；消除负极硫酸盐化；较轻重量；较高功率；成本低。,美国Pb-C电池应用于HONDACIVIC混合电动车,D.Karner,etc,13thAsianBatteryConference,Macau,Sept.2009,D.Karner,etc,13thAsianBatteryConference,Macau,Sept.2009,美国Pb-C电池应用于HONDACIVIC混合电动车,Pb-C电池的研究热点,高比表面积的炭材料研制在密度为1.28的硫酸电解液中体现超级电容性能的炭材料炭材料在负机铅膏中的混合（加入量，加入方法，黏接剂，极板的生产工艺）高比表面积的炭材料有助于减少负极板的硫酸盐化部分荷电状况下负极板寿命的显著延长：通过添加高比表面积的炭材料促进其他铅酸蓄电池负极铅膏配方中新型炭材料的研制,新结构的铅酸蓄电池,双极性铅酸蓄电池,双极性铅酸蓄电池的结构,双极性铅酸蓄电池主要指的是双极性电极是一面有正极活性物质而另一面有负极活性物质的坚实薄片极板。,双极性电极的设计,双极性电极的设计,双极性铅酸蓄电池的应用,双极性铅酸蓄电池的特点,铅耗下降，比能量提高;内阻减少；电解液足够，避免热失控;简化生产工艺，减少污染环境;在电动汽车上使用成为可能。,新结构的铅酸蓄电池,卷绕式铅酸蓄电池,1.产品：江苏双登电源实现卷绕式电池（圆柱型电池）产业化2.设备：江苏省江阴市东顺机械有限公司实现卷绕式电池（圆柱型电池）生产设备连铸连轧的国产化,卷绕式铅酸蓄电池结构,卷绕式铅酸蓄电池是螺旋型结构，采用压延铅合金的方式制造出了很薄的铅箔作为极板基片，将正极板、隔板、负极板交替叠放卷绕在一起，如图：,卷绕式铅酸蓄电池的制造工艺,连铸连轧连续生产，工艺简化，可实现节能减排与清洁生产紧装配结构高倍率放电充电接受能力很强低温性能好,卷绕式铅酸蓄电池的性能特点,卷绕式铅酸蓄电池的性能特点,具有安全性好，瞬时输出功率高，气体溢出少的特点；卓越的高低温性能，可在一5575下工作；由于内阻极低，充电非常迅速：40min内可充入95%以上的电量，自放电极小；超长寿命，设计浮充寿命可达8年以上；由于卷绕式铅酸蓄电池的活性铅面积非常大，故其放电后的恢复能力也极强。,太阳能与风能独立发电系统储能用电池,汽车起动用电池(寒冷地区)小密电池(电动工具),卷绕式铅酸蓄电池应用领域,新结构的铅酸蓄电池,管式胶体蓄电池,管式极板和电池的结构,管式正极板,PVC-SiO2隔板,涂膏式负极板,管式胶体电池内部结构,管式蓄电池的制作工艺,管式胶体蓄电池性能特点,采用此种设计可以提高活性物质的利用率，减少活性物质的脱落；提高胶体电池的容量和循环寿命；采用此种设计用更多的活性物质，生产成本提高,问题：胶体密封电池成本比AGM密封电池高努力方向：1.尽量降低纳米气相SiO2的制造成本2.尽快研制开发胶体电池用隔板，实现国产化华南师范大学已经完成胶体电池专用隔板的实验室研究，即将实施产业化。,胶体铅酸电池的问题,薄极板纯铅锡技术(TPPL)VRLA蓄电池,EnerSys公司的薄极板纯铅锡技术(TPPL)VRLA蓄电池具有很多无与伦比的性能优点，其中包括优良的发动机起动能力、长期的搁置寿命、持久的循环寿命和储备容量。此外，还有很好的深放电恢复能力、快速充电能力和耐振动能力。薄极板技术使得在标准尺寸内能够装下更多的极板，使蓄电池能够提供很大的电流。,碳-石墨-泡沫铅酸蓄电池,美国Firefly能源股份有限公司开发了一种创新的碳-石墨-泡沫铅酸蓄电池。这种电池技术使用了一种三维高表面积泡沫材料。该材料可使铅酸电池释放出很高的电势。这种蓄电池技术在性能上能够与任何其它的先进化学电源相匹敌，而且更加关注环境问题，铅含量降低多达23。,职工的血铅与尿铅问题,昨天（2010年4月24日江西南昌报纸报道蓄电池装配车间烧焊工尿铅超标问题铅中毒最主要工序：烧焊工序汇流排由烧焊改为铸焊是环保的要求也是结构的要求,铸焊机全面推广应用时机成熟：1.大电池铸焊机典型代表：沈阳巨谷机械设备有限公司(汽车电池,大密电池,中密电池)2.小电池铸焊机典型代表：福建省建阳亚亨机械制造有限公司(电动自行车电池,小密电池,摩托车电池)传统结构的改变与清洁生产的要求,职工的血铅与尿铅问题,华南师范大学铅酸蓄电池研究平台：1.电化学储能电池材料与技术教育部工程中心（国家）2.广东高校储能与动力电池产学研(暨研究生创新培养)基地3.广东高校