산업 관찰 | 고목과 새로운 꽃 -- 에너지 저장 적용의 납-탄소 배터리 기술과 분석으로의 도입

January 11, 2023

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고목 : 탄소 배터리를 이끄세요
납산 축전지는 배터리 업계에 베테랑입니다. 그것은 1859년에 프랑스인 G.plante에 의해 발명되었고, 150년 이상의 역사를 가집니다. 그것, 납산 축전지의 주요 작업 원칙이 거의 근년에 변하지 않았고 그것이 그것은 배터리 업계에 베테랑이라고 말할 수 있을 뿐만 아니라. 보통 납산 축전지의 정극 활물질은 산화 납 (PbO2) 이고 부극 활 물질이 그리드를 첨부되는 납 (Pb) 입니다. 납산 축전지는 수성 설퓨릭 산을 전해액으로 이용하고, 구조물에서 단순하고 사용하도록 쉽습니다.
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충방전 반응 메카니즘은 다음과 같습니다 :
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납산 축전지는 주로 여러 탁월한 장점 때문에, 지난 100년간 그 가장 일반적으로 사용된 배터리 중 하나였습니다 :
1.저비용 : 단지 0.6~0.7rmb / Wh ;
2.제조 프로세스는 단순합니다 : 대처 시설과 설비 투자는 크지 않으며, 그것이 훨씬 리튬 배터리보다 작습니다 ;
3.상대적으로 안전합니다 : 폭발과 산화의 가능성은 매우 낮습니다 ;
4.강한 환경 적응 능력 : 그것은 넓은 동작 영역을 가지고 온도와 성능의 변화가 리튬-이온 배터리의 그것만큼 격렬하지 않고 온도제어시스템에 대한 요구가 하락합니다 ;
5.재순환하고 재사용하도록 쉽습니다 : 그것은 상대적으로 폐기물 납산 축전지로부터 활성 물질을 재활용하기 쉽습니다 ;
6.성숙한, 안정적이고 믿을 만한 기술 : 100년 이상의 역사상과 기술은 사용의 풍부한 경험을 가지고, 계속 의지할 가치가 있습니다.그러나, 전통적 납산 축전지는 항상 그들의 탁월한 문제를 있었습니다.
1.수명 문제 : 전통적으로, 거기는 몇 백 수명 일 뿐입니다 ;
2.고전력이 문제를 해결합니다 : 0.5C 이상 하이-레이트 근무 조건 하에, 황산화 현상은 일어나고 희석이 가속되며, 그것이 또한 납산 축전지의 셋방 신세의 근본 원인입니다 ;
3.에너지 밀도는 높지 않습니다 : 고 에너지 밀도와 단지 20~40Wh/kg 그래서 대부분의 이유는 최근 몇 년 내에 리튬 배터리 이 강한 상승에 대한 또한 중요한 이유인 리튬 배터리를 선택합니다 ;
4.재활용과 재사용 : 비록 납산 축전지를 재활용하는 것은 힘들지 않지만, 또한 자원의 폐기물과 환경의 오염을 야기시키는 건강하지 않은 재활용 메커니즘 때문의 납산 축전지의 활용과 대중 중의 환경 보호에 대한 낮은 인식에서 많은 불규칙성이 있습니다.
사회의 발전과 함께, 다양한 사회적 이유에서 배터리 에너지 저장에 대한 요구조건은 끊임없이 증가하고 있습니다. 지난 수 십년에, 많은 배터리 기술은 위대한 진전을 되었고 납산 축전지의 개발이 또한 많은 기회와 도전과 마주쳤습니다. 이와 관련해서, 과학자들과 엔지니어들의 노력과 함께, 탄소는 납산 축전지의 음 전극 활성 재료와 이 납산 축전지에 대한 업그레이된 버전이 낳는 납-탄소 배터리에 추가됩니다.
 
새로운 꽃 : 탄소 배터리를 이끄세요
가장 큰 전통적 납산 축전지 사이의 문제는 소재 장애를 야기시키는 고전류에 있는 장기의 서비스 뒤에 있는 음극의 황산화 효과고 능력의 갑작스러운 하락입니다. 동시에, 모두는 많은 배터리에 대해 중대한 뉴스가 7 초에 대해 요금을 부과하는 것과 같은, 진행되는 것을 봤습니다. 실제로, 이러한 소식은 모두 본래 빨리 배터리가 아니라 충전 속도인 슈퍼커패시터에 관한 것입니다. (빨리 청구하고 배출하는) 납산 축전지의 짧은 이사회가 정확히 전기 용량 메커니즘이 다루는 것에서 더 낫는 상황인지 보는 것은 힘들지 않습니다. 그러므로, 활성 탄소를 납산 축전지의 음극에 더하는 것 축전기와 배터리의 장점을 결합시킬 수 있다고 어떤 사람은 생각했습니다.
실제로, 납산 축전지와 평행하게 슈퍼커패시터를 사용하는 것은 (이 용법이 외부 대비로 불릴 수 있습니다 즉, 배터리와 축전기가 기계적으로 2가지 독립적 구성 요소로서 평행하게 통합됩니다) 가능합니다. 납-탄소 배터리를 위해, 이번에 있는 상황이 납산 축전지에서 높은 비출력의 이점과 전기 이중층 캐패시터의 장수를 통합시키기 위해 있는 탄소 슈퍼커패시터 조합으로 납산 축전지가 됩니다, 전력과 비에너지가 향상되고 배터리 수명이 연장되어서 그것은 또한 몇몇 장소에서 불려진 울트라배터리입니다.
납-탄소 배터리에서, 음극이 순수한 Pb에서 전기 이중층 정전용량 특성 + 전지 특 성 해면 납 (Pb) 혼합 조성물과 탄소 재료 (C)로 변하는 반면, 보통 납산 축전지의 음 전극 활성 재료는 납 (Pb) 이고 이중 기능성 복합체 음극 즉, 납-탄소 (납-탄소) 음극, 납-탄소 배터리를 형성하기 위해 그리고 나서 PbO2 양전극과 일치됩니다. 일반적으로 말해서, 그 납-탄소 배터리 변화는 주로 음극에 나타나고 전극 설계 솔루션과 양전극의 변화가 크지 않습니다. 그것은 납-탄소 전지는 납산 축전지의 고목에 개화하는 새로운 꽃이라고 전해질 수 있다고 말할 수 있고 많은 좋은 응용 결과가 최근 몇 년 내에 생산되었습니다. 이러한 점에, 자연스럽게 추가된 탄소는 신뢰받는 것입니다.
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요즈음, 국내외에서 많은 배터리 회사는 납-탄소 배터리를 생산하고 있습니다. 대표 기업은 일본의 후루가와와 에콜트와 동쪽 펜과 아키시온과 국내 신성한 숙, 스황덩과 난뒤와 C&D를 포함합니다.
납-탄소 배터리의 작업 원칙의 분석
전통적 납산 축전지의 핵심 문제 중 하나는 음극의 즉, 하이-레이트 방전 모드로 황산화입니다, 음극 위의 해면 모양 연이 PbSO4를 형성하기 위해 빨리 HSO4-와 반응합니다. 이 시각에, 반응자 HSO4-와 PbSO4의 공급 불일치 Pb의 쌍이 PbSO4의 핵 생성율이 너무 빠르게 하며, 그것이 음극의 표면에 생성된 PbSO4 (그것이 사실상 격리하고 있는) 붙여넣기를 만들거나, 극단적으로 거대 입자를 발생시키기 때문에 ; 음극판 안에서 또는 감소하도록 단지 좋고 획일적이고 쉽 한결같게 발생된 채 벨벳 같은 PbSO4는 표면적으로 발생됩니다.
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그러므로 음극판의 내부를 데드 영역으로 만들면서, PbSO4가 의미 심장하게 표면적으로 형성한 PbSO4 축적층 또는 거대 입자는 후속 반응을 더 힘들게 하면서, 전자 이동과 반응에 요구된 유효 표면적과 물질을 감소시킵니다. 청구할 때, 표면 PbSO4 층이 납산 축전지의 신체 반응을 저지하기 때문에, 더 나아가 배터리 성능의 악화로 이어질 이번에 있는 음극의 잠재성은 전해액의 소모의 결과를 초래한 수소 안으로 배터리에서 물을 전기 분해하여야 합니다.
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이 문제를 해결하기 위해, 우리는 위쪽에 수치에 나타난 바와 같이 전도성 있는 네트워크 구조를 형성할 납 음극에 탄소 입자를 추가할 수 있습니다. 이 네트워크 구조의 주요 장점은 다음과 같습니다 :
1.반응 중심을 제공하세요 : 새로운 반응 중심은 이러한 탄소 입자의 표면으로 형성됩니다 ;
2.편광을 감소시키기 위해 도전성 네트워크를 형성하세요 ;
3.이로써 표면적으로 PbSO4의 집중된 석출 효과를 감소시키면서, 전극의 표면과 내부에 대한 전기 화학 반응의 획일적 발전을 촉진하기 위해 좋고 균일한 질량 이송망을 형성하세요 ;
4.이질적인 소재로서, 그것은 PbSO4 입자의 성장을 방해하고, 고르게 분배된 그들을 만듭니다 ;
5.탄소의 용량성 효과를 통하여, 배터리의 능력과 동력 특성은 향상됩니다.
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배터리 수명이 의미 심장하게 향상되도록, 위에서 말한 이점을 기반으로, 납-탄소 배터리에 대한 탄소의 추가는 효과적으로 음극의 황산화 경향을 억누를 수 있습니다. 그것, 납-탄소 배터리의 생산 과정이 본질적으로 전통적 납산 축전지의 그것과 다르지 않을 뿐만 아니라. 그것은 성숙한 과정을 바꿀 필요가 없고 생산이 특히 에너지 저장 배터리를 위한 수명이 길고 저비용 요구를 위해, 대규모 생산을 달성하기 쉽습니다.
납-탄소 배터리를 위해, 있는 라고 많은 유형의 탄소가 덧붙였습니다 : 카본 블랙과 활성 탄소, 그래펜, 흑연, 탄소 섬유와 탄소 나노 튜브. 그리고 / 납-탄소 배터리에 제공될 수 있는 주요 기능이 다음과 같다는 그들의 주요 장점 : 1) 전도성과 열전도 ; 2) 비 표면적을 제공하는 네트워크 기공 구조는 반응과 전기이중층 캐패시턴스를 요구했습니다. 그것은 납-탄소 배터리의 개발은 그들의 재능을 보이기 위해 탄소 재료 가족에게 단계를 주었다고 말할 수 있지만, 그러나 성능 개선과 원가 관리 사이의 균형을 찾는 방법이 납-탄소 배터리에서 진보적 카본 재료의 적용에서 주의를 요하는 문제일 수 있습니다 . 게다가 카본 재료의 추가는 또한 제어될 필요가 있습니다. 또한 매우 탄소 물질 첨가는 플레이트 위의 활성 물질의 나누기와 같은 일련의 문제로 이어질 것입니다.
일하고 성능 특징
납-탄소 배터리의 음극은 납 금속 탄소 입자의 상대적으로 획일적이고 좋은 네트워크를 형성합니다. 이 구조물은 확산 거리를 줄이는 것에게 도움이 되고 반응의 균일성을 향상시킵니다 그리고 탄소 자체가 전기 양도성과 정전용량 특성을 가지고 있습니다. 전통적 납산 축전지와 비교해서, 그것은 더 좋은 저온 벤처 기업 능력, 충전 수용력과 고전류 충전 및 방전 성과를 가집니다.
고 전류와 함께 일할 때 : 축전기 탄소 재료는 버퍼의 역할을 합니다. 납-탄소 배터리가 빈번한 즉석 고전류 충방전밑에서 일하고 있을 때, 전기 용량 특성과 탄소 재료는 주로 경향을 공개하거나 받습니다. 산성 배터리와 같이, 음극 황산화는 효과적으로 배터리의 서비스 수명을 연장하는고 전류 하에서 날카롭게 발생합니다 ;
저전류와 함께 일할 때 : 주로 음극이 익숙한 해면 납은 에너지와고 전류 영향 때문의 용량성 에너지가 또한 가까이에 납과 반응할 것처럼 탄소에서 저장된 에너지를 끊임없이 제공하고 반응이 점진적으로 교복이 될 것입니다.
에너지 & 전력 밀도는 300~400W/kg에 대해, 40~60Wh/kg에 증가될 수 있습니다, 성능이 약간의 리튬 배터리의 능력에 이미 근접하고 더욱 중요하게 그것의 비용이 여전히 리튬 배터리, 그것과 같은 다른 배터리와 비교해서 낮은 0.6~0.8rmb/Wh가 원가 관리가 엄격한 이유에서 대부분의 장점을 가진다는 것 입니다.
장수, 얕은 혐의 하에 긴 수명과 방전조건 (4500 번 (70%DOD)와 같이)
시장 위치 설정과 기술적 분석 : 탄소 대 리튬 전지 Vs에게 다른 사람을 보내게 합니까?
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최근 몇 년 동안, 많은 사람들에게 "그들이 뒤처지면 납산 축전지가 제거되어야 한다는 " 인상을 주면서, 리튬-이온 배터리의 개발은 매우 빨랐습니다. 그러나 사실 납-탄소 배터리 기술, 그것의 핵심 경쟁력의 도입과 개선과 함께 : 저비용 (0.6~0.8rmb/Wh)와 평균 여명에 도달할 가망이 있는 피보험자는 그것을 넓게 움직이지 않는 에너지 저장에서 사용되게 만듭니다, 리튬 배터리와 다른 기술의 강한 상대가 되면서, 저속 전기 자동차, 전기적 자전거와 다른 분야가 훌륭한 업적을 만들었습니다.
1. 움직이지 않는 에너지 저장의 관점에서, 광기전성 동력화차 에너지 저장과 풍력 에너지 저장과 그리드 최대 규제와 같은 에너지 저장 분야는 종종 배터리가 고출력 밀도와 긴 수명과 낮은 가격의 특성을 가지도록 요구합니다. 납-탄소 배터리는 넓은 공간과 높은 비용 요구사항으로 이유에서 더 큰 경쟁 우위를 가지고 상대적으로 말하면서, 초기 투자비가 상대적으로 낮습니다. 리튬 배터리는 더 공간을 요구하고, 그들의고 에너지 밀도와 비싼 비용으로 인해 덜 비용에 민감하고, 더 많아질 이유에 적합한 채 분포된 에너지 저장 이유에서 개발합니다. 축전기 (매우 단지 전력 버퍼링을 위해 사용될 수 있는 저 에너지 저장 밀도)과 유동 배터리 (미디엄 테크 성숙, 의미 심장하게 큰 양)과 같은 다른 에너지 저장 기술과 비교해서, 납-탄소 기술은 여전히 이 무대에 좋은 경쟁력을 가지고 있습니다 .
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2. 교통 에너지 저장의 관점에서, 납-탄소 배터리의 주요 경쟁적 우위는 저비용과 안정적인 성능과 좋은 안전입니다. A. 저비용은 그것이 저속 전기 자동차와 같은 값싼 시장에서 장점을 가지게 합니다. 비록 나라가 진급하는 리튬 배터리에 대한 아이디어를 가지지만, 결국, 시장 규칙은 고려될 필요가 있습니다. 비. 안정적인 성능은 납-탄소 배터리가 높고 낮온도와 같이 극단적인 조건 하에 믿을 만한 보호를 제공할 수 있게 합니다. 예를 들면, 리튬 배터리의 저온 성능이 항상 만능인 반면에, 자동차의 시작-정지 전원 공급기가 -20' C에 큰 흐름을 출력할 수 있어야 합니다. 여러 해 동안에 걸친 문제. C. 좋은 안전성 : 교통 도구의 안전은 지나치게 강조될 수 없습니다. 리튬 배터리는 객관적으로 이러한 점에서 결점을 가지고 있고 리드 산 납 탄소 배터리가 이러한 점에서 타고난 명백한 장점을 가집니다.
그러므로, 최근 몇 년 내에 납-탄소 배터리가 약간의 분류된 분야의 그들의 지배적 지위를 유지할 것이라고 저자는 믿습니다. 비록 리튬 배터리와 같은 기술이 신속히 성장하고 있지만, 각각의 이러한 배터리 기술은 그 자체의 이점과 불리한 점을 가지고 있고 어떤 에너지 저장 기술도 다양한 규모와 시나리오에서 사용될 수 없습니다. 분야의 필요에 따르면, 적절한 에너지 저장 기술 응용을 선택하는 것 왕다운 방법입니다.
후기 :
납산 축전지는 고대이고 실용적 배터리 기술입니다. 축전기 탄소의 최적화를 도입함으로써 생산된 납-탄소 배터리의 새로운 세대는 새로운 시대에서 그것의 레전드를 계속하기 위한 이 놀라운 배터리 기술을 위해 중요한 증폭기가 되었습니다. 비용과 성능 안정성과 안전은 배터리의 이런 유형의 핵심 장점이고 따라서 그것이 여전히 최근 몇 년 내에 움직이지 않는 에너지 저장과 값싼 전기 자동차의 분야에서 좋은 경쟁력을 가지고 있을 것입니다. 물론, 다양한 기술은 끊임없이 나아지고 있고 우리가 또한 열심히 더 , 새롭고 더 좋은 에너지 저장 기술은 계속해서 나타나고 편의를 우리 삶들에 가져오면서, 성숙할 것일 것이라고 예상하는 중입니다.