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       2018年9月19-20日，2018第五屆國際儲能峰會在唐山南湖國際會展中心拉開帷幕。峰會邀請來自25個國家和地區(qū)百余位海內(nèi)外演講嘉賓共商儲能良機。超威集團(tuán)新型電池開發(fā)部工程師黃偉國先生介紹了超威儲能項目的研究進(jìn)展。

 

       以下為發(fā)言實錄：

 

       超威儲能系統(tǒng)工程師黃偉國：各位嘉賓，各位同仁下午好，我來自超威，首先簡單介紹一下超威，超威去年的總銷售收入是1000個億，下轄110多個分公司，主要的業(yè)務(wù)是動力電池和儲能電池以及動力電池和儲能電池的相關(guān)產(chǎn)業(yè)的一些公司。

 

       我在這里，借此機會簡單匯報一下在儲能電池里面一個細(xì)分的電池研究進(jìn)展做個簡單匯報。主要是介紹一下用于儲能的鉛炭電池的研究情況，分四個內(nèi)容，第一個是鉛炭電池的技術(shù)原理，第二個是我們怎么做鉛炭，進(jìn)展情況怎么樣，第三個就是我們超威做這個項目的優(yōu)勢，第四個是生產(chǎn)基地，廠房的情況，簡單介紹一下。

 

       普通的鉛炭蓄電池早就應(yīng)用于儲能領(lǐng)域，但是傳統(tǒng)的鉛酸蓄電池有一個問題就是硫酸鹽化，在儲能或者是其他一些欠充電狀態(tài)，不負(fù)荷狀態(tài)下會發(fā)生硫酸鹽化，高功率下也會發(fā)生硫酸鹽化，這是整個傳統(tǒng)鉛酸蓄電池最大的問題。

 

       怎么樣解決這個硫酸鹽化，上午的話我聽了兩個報告可以修復(fù)，但是我這里不是修復(fù)，我從源頭來解決。最早的時候，早在1997年的時候，開發(fā)混合動力的時候，大電流高功率發(fā)現(xiàn)硫酸鹽化特別嚴(yán)重，這種情況下把傳統(tǒng)的碳材料用量提高到10倍，發(fā)現(xiàn)混合動力上可以大大的改善，但是碳加多了很多負(fù)反應(yīng)也發(fā)生，并不是最佳的解決方案。

 

       2009年穆教授把其他的碳也發(fā)生了一些研究，發(fā)現(xiàn)也可以得到改善，2010年的時候也對石墨添加到里面，發(fā)現(xiàn)也可以得到改善。這么多碳加進(jìn)去以后，到底哪種碳可以，后來鉛炭電池這個概念就不斷在固體里加不同碳就發(fā)現(xiàn)鉛炭電池這樣一個概念。有一種將負(fù)極采用高電容的活性炭，正極還是二氧化鉛，可以在高功率下保險很好，但是比能量很低。

 

       這里強調(diào)一點，根據(jù)文獻(xiàn)報道，具有電化學(xué)活性的炭材料，由于炭材料種類很多，所以在研究這些鉛炭電池的時候也得到了很多的意見不統(tǒng)一的機理，有些人認(rèn)為電容炭進(jìn)去電容起到了作用，也有人認(rèn)為活性炭有電催化的作用，也有人認(rèn)為石墨烯管有導(dǎo)電作用，也有人認(rèn)為我們的鉛炭電池為什么正極沒有硫化，他認(rèn)為正極體積變化比較小，不能夠硫化，但是負(fù)極鉛和鉛酸鉛轉(zhuǎn)換比較大，有轉(zhuǎn)化的空間，如果我們產(chǎn)生一個位阻也可以抑制硫酸鹽化，目前也不是很理想，所以他認(rèn)為是一個位阻的機理。

 

       我們的材料，我們進(jìn)行了一個系統(tǒng)的研究，這是我們研究了不同的材料，根據(jù)結(jié)構(gòu)特征和指標(biāo)特征進(jìn)行了研究，分類整理，最后要找出鉛炭電池的機理到底是什么，我們的研究手段，首先對原材料，對形貌和一些物理指標(biāo)，一些理化指標(biāo)進(jìn)行表征，這是部分的表征圖。我們用XRD對結(jié)構(gòu)分類進(jìn)行表征，然后進(jìn)行了不同模式的測試，比如說高功率的，我們用5C的功率進(jìn)行測試，對比傳統(tǒng)的鉛酸蓄電池發(fā)現(xiàn)我們開發(fā)的鉛炭電池循環(huán)壽命可以大大的提高，我們在中等功率也進(jìn)行測試，也可以得到改善。我們在低倍率也進(jìn)行了一些測試，我們測試的時候也進(jìn)行了分類處理。我們還做了鉛炭電池低溫的測試，在低溫條件下我們炭加進(jìn)去之后有什么表現(xiàn)也進(jìn)行了測試，我這里的曲線都是一些代表性的，因為測試的項目很多，炭材料也很多只是講了一些代表性的，看它的變化規(guī)律。

 

       研究了這么多以后，我們最后來看一看到底是什么樣的炭才能夠作為鉛炭電池，也是看我們發(fā)現(xiàn)了什么，首先看鉛酸蓄電池硫化有兩種情況，左邊這種是低倍率的，它是硫酸鉛的生成在基板內(nèi)部，還有是在表面生成，兩種硫酸生成的情況。我們用于儲能主要是考慮低倍率的，低倍率產(chǎn)生硫酸鹽化，主要是負(fù)極長期在欠充的條件下，硫酸鉛在表面會產(chǎn)生晶體，然后生成粗糙的硫酸鹽晶體，這種情況很多應(yīng)用都有，比如說儲能調(diào)峰等等，如果電池一旦處于虧電狀態(tài)就很容易產(chǎn)生硫酸鹽化。

 

       我們在解決鉛炭抑制硫化的時候并不是只看儲能，我們是三個都看，我們怎么樣阻止硫酸鹽化，第一個，高功率的汽車啟停，硫化主要是分兩個，一個是表面密集，然后表面密集如果不及時充電就會產(chǎn)生結(jié)晶，所以一和二。第二種就是低倍率的，就是左邊第三條線，我們要解決硫酸鹽化，就是把這三條線切斷，怎么樣切斷這三條線？整個機理里其中有一個機理是得到公認(rèn)的就是平行反應(yīng)機理，炭的表面，電流既在鉛的表面，也可以在炭的表面發(fā)生，這樣一來如果我們負(fù)極加了炭以后，我們的充電電流同樣進(jìn)去，進(jìn)去以后如果炭表面也有電流的話，第一個可以降低極化，另一個可以進(jìn)行硫酸鉛的還原。

 

       我們對三種炭，一種是炭黑，一種是石墨，一種是活性炭，我們對應(yīng)晶體結(jié)構(gòu)發(fā)現(xiàn)三種材料得到了不同的形貌，然后對應(yīng)這三種材料我們再看電池性能也有一定的對應(yīng)關(guān)系。剛才是三種不同類型的，同一種類型的，都是活性炭我們再來看微觀結(jié)構(gòu)，微觀的晶體結(jié)構(gòu)不一樣，得到了三種不同的形貌。我們再來看放電性能，也得到了對應(yīng)的關(guān)系，然后我們將活性炭和石墨產(chǎn)生一個配合共同調(diào)整，得到了一個共同的形貌。

 

       整個過程，炭加進(jìn)去對形貌影響是最大的，炭的形態(tài)也是多變的，在循環(huán)過程中是可以發(fā)生一個形變，鉛與硫酸鉛溶解形態(tài)是發(fā)生變化的，這個時候為硫酸鉛的結(jié)晶提供了條件。如果我們把炭加進(jìn)去以后，我們看這個圖，我們處理以后活性炭周圍的鉛在放電狀態(tài)下，硫酸鉛和炭表面的硫酸鉛與鉛之間產(chǎn)生了網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，所以我們可以試想一下，我們的炭加進(jìn)去以后是可以調(diào)節(jié)骨架結(jié)構(gòu)，最后產(chǎn)生一個合理的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，當(dāng)然前面的機理都存在，只是說我們發(fā)現(xiàn)對整個負(fù)極有一個結(jié)構(gòu)的調(diào)控作用，什么樣的炭能夠調(diào)出什么樣的結(jié)構(gòu)，我們找到最佳的結(jié)構(gòu)就可以了，然后我們在定向合成，什么指標(biāo)，炭的什么結(jié)構(gòu)可以調(diào)成什么樣，這就是我們的研究過程，找到我們合適的炭再開發(fā)我們的鉛炭電池。