我國開發(fā)出一種高性價比的鉛炭電池,壽命可提高6倍,充電速度也將提高8倍嗎?
來源:寶鄂實業(yè)
2019-03-27 18:25
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記者從吉林大學(xué)了解到,吉林大學(xué)化學(xué)學(xué)院林海波團隊在國際上率先用稻殼制備成高性能的電池級碳材料,并用這種材料開發(fā)出高性價比的鉛炭電池,其性能達到國際先進水平。日前,該科研成果已建成百噸級超級電容炭和千噸級電池碳生產(chǎn)線。
鉛酸電池是應(yīng)用最為廣泛的蓄電池之一。2005年,科學(xué)家將鉛酸電池和超級電容器結(jié)合,發(fā)明了超級電池(鉛炭電池),相較于傳統(tǒng)鉛酸電池,其性能指標顯著提高。鉛炭電池被稱為新一代鉛酸電池,是當前國際鉛酸電池領(lǐng)域的研究熱點。
我國開發(fā)出一種高性價比的鉛炭電池,壽命可提高6倍,充電速度也將提高8倍
林海波介紹,稻殼中含有二氧化硅與碳元素,將二氧化硅除去后可以形成多孔炭,再經(jīng)進一步活化,就變成極有應(yīng)用價值的活性炭材料。“這種活性炭擁有大孔、介孔、微孔的多級孔道結(jié)構(gòu),具有優(yōu)異的電化學(xué)性能。”他說,只有稻殼能帶來這樣奇妙的效果,其他比如椰殼、棕櫚殼等經(jīng)過處理后獲得的碳材料就沒有這種多級孔道結(jié)構(gòu)。
經(jīng)過10余年努力,團隊攻克了生物質(zhì)稻殼基電容炭的綠色制備工藝、稻殼基電池碳添加劑以及鉛炭電池負極等關(guān)鍵技術(shù),開發(fā)出高性價比的鉛炭電池。相較于普通鉛酸電池,鉛炭電池的循環(huán)壽命提高6倍、充電速度提高8倍、放電功率提高3倍,同時具有成本低的優(yōu)勢。
該鉛炭電池已經(jīng)通過國家化學(xué)電源產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗中心第三方權(quán)威機構(gòu)的測試。該成果已經(jīng)在國際核心期刊上發(fā)表論文50多篇,申請發(fā)明專利20多項。
該項成果實現(xiàn)了稻殼基電池碳材料、鉛炭電池以及產(chǎn)品應(yīng)用的完整產(chǎn)業(yè)鏈,主要用于汽車啟停電源、汽車混合動力以及儲能領(lǐng)域。
蓄電池投進使用后,必須定期地進行充電和放電。充電的目的是使蓄電池貯存電能及時地恢復(fù)容量,以滿足用電設(shè)備的需要。放電的目的是及時地檢驗蓄電池容量參數(shù),及促進電極活性物質(zhì)的活化反應(yīng)。蓄電池充電和放電狀況的好壞,將直接影響到蓄電池的電性能及使用壽命。目前對蓄電池充電的方法很多,選擇科學(xué)公道的充電方法將會大大進步蓄電池的維護效果。
1、恒定電流充電法
在充電過程中充電電流始終保持不變,叫做恒定電流充電法,簡稱恒流充電法或等流充電法。在充電過程中由于蓄電池電壓逐漸升高,充電電流逐漸下降,為保持充電電流不致因蓄電池端電壓升高而減小,充電過程必須逐漸升高電源電壓,以維持充電電流始終不變,這對于充電設(shè)備的自動化程度要求較高,一般簡陋的充電設(shè)備是不能滿足恒流充電要求的。恒流充電法,在蓄電池最大答應(yīng)的充電電流情況下,充電電流越大,充電時間就可以縮短。若從時間上考慮,采用此法有利的。但在充電后期若充電電流仍不變,這時由于大部分電流用于電解水上,電解液出氣泡過多而顯沸騰狀,這不僅消耗電能,而且輕易使極板上活性物質(zhì)大量脫落,溫升過高,造成極板彎曲,容量迅速下降而提前報廢。所以,這種充電方法很少采用。
2、恒定電壓充電法
在充電過程中,充電電壓始終保持不變,叫做恒定電壓充電法,簡稱恒壓充電法或等壓充電法。由于恒壓充電開始至后期,電源電壓始終保持一定,所以在充電開始時充電電流相當大,大大超過正常充電電流值。但隨著充電的進行,蓄電池端電壓逐漸升高,充電電流逐漸減小。當蓄電池端電壓和充電電壓相等時,充電電流減至最小甚至為零。由此可見,采用恒壓充電法的優(yōu)點在于,可以避免充電后期充電電流過大而造成極板活性物質(zhì)脫落和電能的損失。但其缺點是,在剛開始充電時,充電電流過大,電極活性物質(zhì)體積變化收縮太快,影響活性物質(zhì)的機械強度,致使其脫落。而在充電后期充電電流又過小,使極板深處的活性物質(zhì)得不到充電反應(yīng),形成長期充電不足,影響蓄電池的使用壽命。所以這種充電方法一般只適用于無配電設(shè)備或充電設(shè)備較簡陋的特殊場合,如汽車上蓄電池的充電,1號至5號干電池式的小蓄電池的充電均采用等壓充電法。采用等壓充電法給蓄電池充電時,所需電源電壓:酸性蓄電池每個單體電池為2.4~2.8V左右,堿性蓄電池每個單體電池為1.6~2.0V左右。
3、有固定電阻的恒定電壓充電
為補救恒定電壓充電的缺點而采用的一種方法。即在充電電源與電池之間串聯(lián)一電阻,這樣充電初期的電流可以調(diào)整。但有時最大充電電流受到限制,因此隨充電過程的進行,蓄電池電壓逐漸上升,電流卻幾乎成為直線衰減。有時使用兩個電阻值,約在2.4V時,從低電阻轉(zhuǎn)換到高電阻,以減少出氣。
4、階段等流充電法
綜合恒流和恒壓充電法的特點,蓄電池在充電初期用較大的電流,經(jīng)過一段時間改用較小的電流,至充電后期改用更小的電流,即不同階段內(nèi)以不同的電流進行恒流充電的方法,叫做階段恒流充電法。階段恒流充電法,一般可分為兩個階段進行,也可分為多個階段進行。階段等流充電法所需充電時間短,充電效果也好。由于充電后期改用較小電流充電,這樣減少了氣泡對極板活性物質(zhì)的沖洗,減少了活性物質(zhì)的脫落。這種充電法能延長蓄電池使用壽命,并節(jié)省電能,充電又徹底,所以是當前常用的一種充電方法。一般蓄電池第一階段以10h率電流進行充電,第二階段以20h率電流進行充電。各階段充電時間的是非,各種蓄電池的具體要求和標準不一樣。
5、浮充電法
間歇使用的蓄電池或僅在交流電停電時才使用的蓄電池,其充電方式為浮充電式。一些特殊場合使用的固定型蓄電池一般均采用浮充電方法對蓄電池進行充電。浮充電法的優(yōu)點主要在于能減少蓄電池的析氣率,并可防止過充電,同時由于蓄電池同直流電源并聯(lián)供電,用電設(shè)備大電流用電時,蓄電池瞬時輸出大電流,這有助于鎮(zhèn)靜電源系統(tǒng)的電壓,使用電設(shè)備用電正常。浮充電法的缺點是個別蓄電池充電不均衡和充不足電,所以需要進行定期的均衡充電。












