新型碳技术：力求延长电池寿命十年

铅碳电池是一种新型的超级电池，是将铅酸电池和超级电容器两者合一。这既发挥了超级电容瞬间大容量充电的优点，也发挥了铅酸电池的比能量优势，且拥有非常好的充放电性能。由于加了碳 (活性碳、石墨和碳黑)，便可一定程度上阻止负极硫酸盐化现象，改善了过去电池失效的一个因素，更延长了电池寿命。

 

·负极硫酸盐化的机理  

 

·负极硫酸盐化

·电池面对的主要问题以及C&D的解决方案：

电池负极出现的主要问题为：活性物质硫酸盐化问题。其主要结局方法是应用碳技术进行调节。

电池正极出现的主要问题为：正极板栅腐蚀问题。C&D独特的正极设计适合于循环应用，有降低腐蚀作用。

·碳的不同类型及基本特性

·C&D 碳技术对电池性能的改善

1、改善极端温度耐受性能；

2、提高充电接收能力；

3、大大降低在PSoC下运行的硫酸盐化速率，提高循环性能，延长电池在PSoC下的寿命；

4、提高电池深循环性能。

·C&D 碳电池的性能特征

1、C&D 碳电池的低温特性

C&D 碳电池相比富液蓄电池和传统普通阀控铅酸蓄电池，具有良好的低温放电性能。碳材料具有极大的可利用表面，如图。

如上图所示，在-20度， 普通铅酸蓄电池只能放出 50% 的额定容量，而C&D碳电池在相同的温度下，则可以放出 66% 的额定容量。这意味着 C&D 碳电池相比普通铅酸电池在-20度的温度下， 可以提供16%更多的容量。

低温性在电池选型时对客户的好处，其一是在相同的容量输出要求下，更小的电池尺寸，节省占地空间。其二是可提供更多的功率输出，更少的电池数量，节省相关配件。其三是在相同的尺寸下，相比较于普通铅酸蓄电池，可以提供更长的备用时间。

 

2、C&D 碳电池的高温特性

C&D 碳电池具有优异的热管理性能，归因于碳/石墨的良好的热传导性能。

C&D 碳电池不仅能够散发自身产生的热量，还能吸收来自正极板和电池的热量。因此，使用碳强化电极制成的蓄电池，能够在发生电化学反应产生热量时快速将热量导出蓄电池。与传统的铅酸蓄电池相比，这就大大降低热失控发生的可能性，实现了电池在凉爽适宜的温度下运行。

3、C&D 碳电池: 充电接受能力

集成碳的碳电池 可以接受的最大充电电流是普通铅酸电池的300%。例如：C&D碳电池5hrs vs。普通铅酸电池10hrs @ C15min放电，100% 充电；C&D 碳电池10 hrs vs。普通铅酸电池>17hrs @ C/10放电，100%充电充电时间减少50%，如下图。

·C&D 碳电池: 充电时间与放电深度 

·部分荷电状态（PSoC）下运行

蓄电池需要能够实现高效率的随机充电；在浮充电压下以有限时间进行充电，会导致电池在部分荷电状态（PSoC）下运行，阀控式铅酸蓄电池在部分荷电状态下反复运行，会导致“不可逆”的容量损失，而在负极上形成的PbSO4晶体再次结晶后形成“硬硫酸盐”（即低表面积的大晶粒），在一般情况和工作条件下难以转换为铅（Pb），另外，Ericsson测试模拟了典型的部分荷电状态（PSoC）。

1.     39.0WPC (6小时放电率)放电 2 Hours (33%DOD)

2.     2.27VPC 充电 2 Hours

3.     39.0WPC 放电 3 Hours (50%DOD)

4.     2.27VPC 充电 4 Hours

5.     39.0WPC 放电 5 Hours (83%DOD)

6.     2.27VPC 充电 8 Hours

7.     重复以上6个步骤  (平均放电深度超过55%)

 

 

·C&D碳电池优异的循环性能（25度和35度下）

 

 

·C&D碳电池特点总结

1、铅碳电池放电深度60%，可循环使用3,000次以上。(C&D铅碳电池30%-80% PSoC测试从2012年6月开始实测循环性能，循环超过4,300次，测试至今仍未结束。C&D以爱立信测试，一天3个循环，放电深度分别为33%/50%/83%，平均放电深度超过55%，已循环超过1,450天，4,350次，测试至今仍未结束。）。

2、铅碳电池在部分荷电状态 （PSoC），可抑制负极硫酸盐的产生，电池不会因充电不足而失效。注：负极产生硫酸盐结晶是普通阀控式铅酸电池失效的原因之一。

3、铅碳电池的工作温度范围很宽：-23℃至60℃。

4、铅碳电池加入碳元素，碳有良好导热性能，所以 铅碳电池适合高温工作。

5、铅碳电池低温放电性能比传统铅酸电池高。传统铅酸电池在-20℃的放电容量只有50%，铅碳电池在相同温度的放电容量可达66%。

6、传统铅酸电池最高只能以0.2 C充电（标准充电是0.1C）。铅碳电池可接受最大0.6C充电，充电电流是传统铅酸电池的3倍，可大大缩短充电时间，特别适合充电不稳定的太阳能系统使用。

7、 C&D铅碳电池大部份是前端子电池或卧式电池，电池在前面接线，维护方便。电池层与层之间不需要维护空间，可大量节省安装面积。(C&D铅碳电池在集装箱的安装比其他品牌节省30%或以上安装面积。)

 

综上，铅碳电池对电池性能的改善、在电池的性能特征，如高温及低温特性、充放电深度，及循环性能等方面均具有一定优势。与锂电池相比，虽然在体积、重量、比能量、放电倍率及循环次数上，锂电池略胜一筹，但铅碳电池胜在安全性更高，且具有回收价值，可再利用。在电池管理系统（BMS）方面，铅碳电池不需要过分的监控系统。最重要的是，铅碳电池价钱便宜，锂电池约为铅碳电池2.5倍，铅碳电池性价比更优。在削峰填谷储能应用，铅碳电池已有经济价值，投资回收期约5-6年。与胶体电池相比，铅碳电池的优势更大，在体积、循环使用次数、部份荷电状态工作、充电能力及负极不会产生硫化现象等方面都具优势，铅碳电池是太阳能和风能等再生能源最佳平滑波动的储能产品。总之，铅碳电池虽然有提高进步的空间(C&D第二代铅碳电池已在试验阶段)，但其优势不容忽视，是可研究发展的蓄电池类型之一。

（注：由于铅碳电池尚未有行业标准，各品牌的配方及性能差别很大，以上所列出是C&D的铅碳电池性能，不代表其他品牌的铅碳电池性能。）

资料提供 | 西恩迪科技有限公司 亚洲区业务发展总监 文宝玉