Observation d'industrie | Vieux arbres et nouvelle Fleur-introduction à la technologie de batterie d'Avance-carbone et analyse des applications de stockage de l'énergie

January 11, 2023

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Vieil arbre : Batteries de carbone d'avance
La batterie au plomb est un vétéran dans l'industrie de batterie. Elle a été inventée par le Français G.plante en 1859 et a une histoire de plus de 150 ans. Non seulement cela, le principe de travail principal des batteries au plomb a à peine changé pendant ces années, et il peut dire que c'est un vétéran dans l'industrie de batterie. Le matériel actif positif des batteries au plomb ordinaires est l'oxyde de plomb (PbO2), et le matériel actif négatif est avance (Pb), qui est attachée à la grille. Les batteries au plomb emploient l'acide sulfurique aqueux comme électrolyte, et sont simples en structure et faciles à utiliser.
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Le mécanisme de remplissage et de décharge de réaction est comme suit :
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Les batteries au plomb ont été l'une des batteries les plus utilisées généralement pendant les dernières cent années, principalement en raison de plusieurs avantages exceptionnels :
1.Low a coûté : seul 0.6~0.7rmb/Wh ;
le procédé de la préparation 2.The est simple : l'investissement en biens d'équipement et d'usine de préparation ne sont pas grand, qui est beaucoup plus petit que des batteries au lithium ;
coffre-fort 3.Relatively : la possibilité d'explosion et de combustion est très basse ;
adaptabilité 4.Strong environnementale : elle a un grand choix fonctionnant, et le changement des performances avec la température n'est pas aussi radical que celui des batteries lithium-ion, et les conditions pour des systèmes de contrôle de température sont inférieures ;
5.Easy à réutiliser et réutiliser : Il est relativement facile de réutiliser les matériaux actifs des batteries au plomb de rebut ;
technologie de 6.Mature, stable et fiable : La technologie avec une histoire de plus de 100 ans a une expérience riche en service et la vaut de compter dessus. Cependant, les batteries au plomb traditionnelles ont toujours eu leurs problèmes en suspens.
problème 1.Lifespan : Traditionnellement, il y a seulement quelques cent durées de vie ;
problème 2.High-power fonctionnant : Dans les conditions de travail de haut débit au-dessus de 0.5C, le « phénomène de sulfatation » se produit et l'atténuation accélère, qui est également la cause première de la vie pauvre des batteries au plomb ;
la densité d'énergie 3.The n'est pas haute : seulement 20~40Wh/kg, ainsi la plupart des occasions avec la densité de haute énergie choisissent des batteries au lithium, qui est également un motif important de la hausse forte de batteries au lithium ces dernières années ;
4.Recycling et réutilisation : Bien qu'il ne soit pas difficile de réutiliser des batteries au plomb, il y a beaucoup d'irrégularités dans la réutilisation des batteries au plomb dues au mécanisme de réutilisation défectueux et à la basse conscience de la protection de l'environnement parmi le public, qui cause également le gaspillage des ressources et la pollution de l'environnement.
Avec le progrès de la société, les conditions pour le stockage de l'énergie de batterie dans diverses occasions sociales augmentent constamment. Pendant les dernières décennies, beaucoup de technologies de batterie ont accompli le grand progrès, et le développement des batteries au plomb a également rencontré beaucoup d'opportunités et de défis. Dans ce contexte, avec les efforts des scientifiques et des ingénieurs, le carbone est ajouté au matériel actif d'électrode négative des batteries au plomb, et les batteries-un d'avance-carbone ont amélioré la version de ce d'acide de plomb batterie-sont nées.
 
Nouvelles fleurs : Batteries de carbone d'avance
Le plus grand problème avec les batteries au plomb traditionnelles est l'effet de sulfatation de l'électrode négative après le service à long terme aux courants élevés, qui cause l'échec matériel et une baisse soudaine dans la capacité. En même temps, chacun a vu beaucoup de bonnes nouvelles au sujet de progrès de batterie, tel que la facturation 7 secondes. En fait, ces nouvelles sont tout au sujet des supercapacitors, qui sont des vitesses de remplissage en soi rapides, pas des batteries. Il n'est pas difficile de voir que le panneau court des batteries au plomb (remplissage rapide et décharge) est avec précision la situation que le mécanisme de capacité est meilleur à traiter. Par conséquent, quelqu'un a pensé qu'ajouter le charbon actif à l'électrode négative de la batterie au plomb peut combiner les avantages du condensateur et de la batterie.
En fait, il est possible d'employer un supercapacitor parallèlement à une batterie au plomb (cette utilisation peut s'appeler « le parallèle externe », c.-à-d., la batterie et le condensateur sont mécaniquement intégrés en parallèle en tant que deux composants indépendants). Pour des batteries d'avance-carbone, la situation actuellement devient « batterie au plomb avec une combinaison de supercapacitor de carbone », qui est d'intégrer les avantages de la puissance spécifique et de la longue durée élevées des condensateurs électriques de double couche dans dans des batteries au plomb, la puissance et de l'énergie spécifique sont améliorées, et la vie de batterie est prolongée, ainsi ce s'appelle également le « ultrabattery » dans quelques endroits.
L'électrode négative le matériel qu'actif des batteries au plomb ordinaires est avance (Pb), alors que dans des batteries d'avance-carbone, l'électrode négative est changée du Pb pur en matériel de carbone (c) avec les caractéristiques électriques de capacité de double couche + la composition du mélange caractéristique d'avance d'éponge de batterie (Pb) l'électrode négative composée double-fonctionnelle, c.-à-d., l'électrode négative d'avance-carbone (Avance-carbone), est alors assortie avec l'électrode PbO2 positive pour former une batterie d'avance-carbone. D'une façon générale, les changements des batteries d'avance-carbone apparaissent principalement sur l'électrode négative, et les changements de la solution d'électrode et de l'électrode positive ne sont pas grands. Il peut dire qu'on peut dire que des batteries d'avance-carbone sont de nouvelles fleurs fleurissant sur le vieil arbre des batteries au plomb, et beaucoup de bons résultats d'application ont été produits ces dernières années. À cet égard, le carbone supplémentaire doit naturellement être crédité.
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Actuellement, beaucoup de sociétés de batterie ici et ailleurs produisent des batteries d'avance-carbone. Les sociétés représentatives incluent Furukawa du Japon, Ecoult, Penn est, et Axion, et Sun sacré domestique, Shuangdeng, Nandu, et C&D.
Analyse de principe de fonctionnement de batterie d'avance-carbone
Un des problèmes de noyau dans des batteries au plomb traditionnelles est la sulfatation de l'électrode négative, c.-à-d., en mode de décharge de haut débit, l'avance spongieuse sur l'électrode négative réagit avec HSO4- rapidement pour former PbSO4. Actuellement, parce que la paire de réactifs HSO4- et de Pb la disparité d'approvisionnement de PbSO4 rend le taux de nucléation de PbSO4 trop rapide, qui fait le PbSO4 produit (qui isole en nature) « pâte » sur la surface de l'électrode négative, ou produit des particules extrêmement grandes ; Uniformément produit à l'intérieur du plat négatif, ou seulement fin, uniforme et facile-à-réduisez le velours PbSO4 est produit sur la surface.
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La couche ou la grande particule PbSO4 de l'accumulation PbSO4 a formé sur la surface réduit de manière significative la superficie et les matériaux efficaces exigés pour le transfert et la réaction d'électron, rendant des réactions suivantes plus difficiles, de ce fait faisant à l'intérieur du plat négatif par secteur « mort ». En chargeant, parce que la couche PbSO4 extérieure gêne la réaction de corps de la batterie au plomb, le potentiel de l'électrode négative actuellement doit électrolyser l'eau dans la batterie dans l'hydrogène, ayant pour résultat l'épuisement de l'électrolyte, qui promouvra l'avance à la détérioration de l'interprétation de batterie.
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Afin de résoudre ce problème, nous pouvons ajouter des particules de carbone dans l'électrode négative d'avance, qui formera une structure de réseau conductrice suivant les indications de la figure ci-dessus. Les principaux avantages de cette structure de réseau sont comme suit :
centres de la réaction 1.Provide : de nouveaux centres réactifs sont formés sur la surface de ces particules de carbone ;
2.Form un réseau conducteur pour réduire la polarisation ;
3.Form un réseau plus fin et uniforme de transfert de masse pour favoriser le progrès uniforme des réactions électrochimiques sur la surface et l'intérieur de l'électrode, réduisant de ce fait l'effet concentré de précipitation de PbSO4 sur la surface ;
4.As un matériel hétérogène, il gêne la croissance des particules PbSO4 et les fait également distribuées ;
5.Through l'effet capacitif du carbone, la capacité et des caractéristiques de puissance de la batterie sont améliorés.
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Basé sur les avantages ci-dessus, l'addition du carbone à la batterie d'avance-carbone peut effectivement supprimer la tendance de sulfatation de l'électrode négative, de sorte que la vie de batterie soit sensiblement améliorée. Non seulement ce, le processus de fabrication des batteries d'avance-carbone n'est pas essentiellement différent de celui des batteries au plomb traditionnelles. Il n'a pas besoin de changer le processus mûr, et la production est facile de réaliser la production à grande échelle, particulièrement pour les conditions de longue vie et bonnes marchées des batteries de stockage de l'énergie.
Pour des batteries d'avance-carbone, il y a beaucoup de types de carbone s'est ajouté : noir de carbone, charbon actif, graphene, graphite, fibre de carbone, et nanotubes de carbone. Et leurs principaux avantages/fonctions principales qui peuvent être données pour des batteries d'avance-carbone sont : 1) conduction et conduction de chaleur ; 2) structure de pore de réseau, qui fournit la superficie spécifique exigée pour la réaction et la capacité de double couche électrique. Il peut dire que le développement des batteries d'avance-carbone a donné à la famille de matériel de carbone une étape pour montrer leurs talents, mais comment trouver un équilibre entre l'amélioration de performances et le contrôle des coûts peut être un problème qui a besoin d'attention dans l'application des matériaux de carbone avancés dans des batteries d'avance-carbone. En outre, l'addition des matériaux de carbone doit également être commandée. Trop d'addition de matériel de carbone mènera à une série de problèmes tels que le rejet des matériaux actifs du plat.
Caractéristiques de fonctionnement et de représentation
L'électrode négative de la batterie d'avance-carbone forme un réseau relativement uniforme et fin des particules de métal-carbone d'avance. Cette structure favorise raccourcir la distance de diffusion et améliorer l'uniformité de la réaction, et le carbone lui-même a de bonnes caractéristiques de conductivité et de capacité. Comparé aux batteries au plomb traditionnelles, il a une meilleure capacité de démarrage à basse température, une capacité d'acceptation de charge et une interprétation à forte intensité de charge-décharge.
En travaillant avec à forte intensité : le matériel de carbone de condensateur agit en tant que « tampon ». Quand la batterie d'avance-carbone fonctionne sous le remplissage à forte intensité instantané fréquent et la décharge, le matériel de carbone avec des caractéristiques capacitives principalement libère ou reçoit le courant. Comme les batteries acides, « la sulfatation négative d'électrode » se produit brusquement sous à forte intensité, qui prolonge effectivement la durée de vie de la batterie ;
En travaillant avec à faible intensité : l'électrode négative d'avance d'éponge est principalement utilisée pour fournir sans interruption l'énergie, et l'énergie stockée dans le carbone en tant qu'énergie capacitive due à l'impact à forte intensité réagira également avec l'avance tout près, et la réaction deviendra graduellement uniforme.
La densité d'énergie et de puissance peut être grimpée jusqu'à 40~60Wh/kg, au sujet de 300~400W/kg, les performances est déjà près de la capacité de quelques batteries au lithium, et d'une manière primordiale, son coût est toujours 0.6~0.8rmb/Wh, bas comparé à d'autres batteries telles que des batteries au lithium, il a les la plupart des avantages dans les occasions où le contrôle des coûts est strict.
Longue durée, longue vie de cycle sous la charge peu profonde et états de décharge (tels que 4500 fois (70%DOD))
Situation du marché et analyse technique : Carbone d'avance contre des batteries au lithium contre d'autres ?
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Ces dernières années, le développement des batteries lithium-ion a été très rapide, donnant à beaucoup de personnes l'impression que des « on devrait éliminer batteries au plomb si elles sont arrière ». Cependant, en fait, avec l'introduction et l'amélioration de la technologie de batterie d'avance-carbone, sa compétitivité de noyau : le coût bas (0.6~0.8rmb/Wh) et la bonne vie le rendent très utilisé dans le stockage de l'énergie stationnaire, véhicules électriques à vitesse réduite, bicyclettes électriques et d'autres champs ont fait de grands accomplissements, allant bien à un adversaire fort de batterie au lithium et d'autres technologies.
1. en termes de stockage de l'énergie stationnaire, les champs de stockage de l'énergie tels que le stockage de l'énergie photovoltaïque de centrale, le stockage de l'énergie d'énergie éolienne, et le règlement maximal de grille exigent souvent des batteries d'avoir les caractéristiques de la densité de puissance élevée, de la longue vie de cycle, et du petit prix. les batteries d'Avance-carbone ont un plus grand avantage compétitif dans les occasions avec l'espace suffisant et des conditions coûtées élevées, et relativement parlant, le coût d'investissement initial est relativement bas. Les batteries au lithium sont plus appropriées aux occasions qui exigent l'espace et sont dues moins sensible au coût à leur densité de haute énergie et coût élevé, et davantage seront développées dans des occasions distribuées de stockage de l'énergie. Comparé à d'autres technologies de stockage de l'énergie, telles que des condensateurs (la densité de stockage de l'énergie très basse, qui peut seulement être employée pour l'amortissement de puissance) et des batteries d'écoulement (maturité de technologie, sensiblement plus de large volume moyens), technologie d'avance-carbone a toujours la bonne compétitivité à ce stade.
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2. En termes de stockage de l'énergie de transport, les avantages compétitifs principaux des batteries d'avance-carbone sont coût bas, performances stables, et bonne sécurité. A. Le coût bas le fait ont un avantage sur le marché bas de gamme tel que les véhicules électriques à vitesse réduite. Bien que le pays ait l'idée de favoriser des batteries au lithium, après tout, des règles du marché doivent être respectées. Les performances de B. Stable permettent à des batteries d'avance-carbone d'assurer la protection fiable dans des conditions extrêmes telles que les températures de ciel et terre. Par exemple, l'alimentation d'énergie arrêt/marche en voiture doit pouvoir produire un grand courant à -20°C, alors que les performances à basse température des batteries au lithium ont toujours été une universalité. problème de longue date. Sécurité de C. Good : La sécurité des outils de transport ne peut pas être suraccentuée. Les batteries au lithium ont des points faibles à cet égard objectivement, et les batteries d'avance-acide-avance-carbone ont des avantages évidents inhérents à cet égard.
Par conséquent, l'auteur croit que les batteries d'avance-carbone maintiendront leur position dominante dans quelques domaines subdivisés ces dernières années. Bien que les technologies telles que des batteries au lithium se développent rapidement, chacune de ces technologies de batterie a ses propres avantages et inconvénients, et aucune technologie de stockage de l'énergie ne peut être employée dans divers échelles et scénarios. Selon les besoins du champ, le choix de l'application appropriée de technologie de stockage de l'énergie est la manière royale.
Épilogue :
La batterie au plomb est une technologie antique et pratique de batterie. La nouvelle génération de la batterie d'avance-carbone produite en présentant l'optimisation du carbone de condensateur est devenue un propulseur important pour que cette technologie étonnante de batterie continue sa légende pendant la nouvelle ère. Le coût, la stabilité de performances, et la sécurité sont les avantages de noyau de ce type de batterie, ainsi elle aura toujours la bonne compétitivité dans les domaines du stockage de l'énergie stationnaire et des véhicules électriques bas de gamme ces dernières années. Naturellement, les diverses technologies s'améliorent constamment, et nous comptons également ardemment que des technologies plus, plus nouvelles et meilleures de stockage de l'énergie continueront à émerger et mûrir, apportant la commodité à nos vies.