電力儲(chǔ)能領(lǐng)域鉛炭電池儲(chǔ)能技術(shù)進(jìn)展

廉嘉麗，王大磊，顏 杰，王康麗，程時(shí)杰，蔣 凱,

(1.華中科技大學(xué) 材料成型與模具技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，武漢 430074；2.華中科技大學(xué) 強(qiáng)電磁工程與新技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，武漢 430074)

電力儲(chǔ)能領(lǐng)域鉛炭電池儲(chǔ)能技術(shù)進(jìn)展

廉嘉麗1，王大磊2，顏 杰1，王康麗2，程時(shí)杰2，蔣 凱1,2

(1.華中科技大學(xué) 材料成型與模具技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，武漢 430074；2.華中科技大學(xué) 強(qiáng)電磁工程與新技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，武漢 430074)

為了緩解能源和環(huán)境危機(jī)，我國(guó)大力發(fā)展可再生能源發(fā)電和智能電網(wǎng)技術(shù)。然而，利用風(fēng)能、太陽(yáng)能等可再生能源發(fā)電會(huì)不可避免地遭受外部環(huán)境的干擾，使其輸出功率呈現(xiàn)周期性、間歇性和波動(dòng)性等特征，容易造成系統(tǒng)電能質(zhì)量過(guò)低甚至安全性問(wèn)題，難以滿足負(fù)荷側(cè)的用電需求［1］。借助電池儲(chǔ)能技術(shù)，不僅能夠增強(qiáng)電網(wǎng)消納可再生能源的能力，還能夠減小負(fù)荷峰谷差，降低供電成本，提高系統(tǒng)穩(wěn)定性，預(yù)防用戶停電，最終實(shí)現(xiàn)電力需求側(cè)的有效管理［2］。因此，電池儲(chǔ)能技術(shù)在大規(guī)模儲(chǔ)能領(lǐng)域具有強(qiáng)大的應(yīng)用潛能。

目前電化學(xué)儲(chǔ)能分為鉛酸電池、鉛炭電池、鋰離子電池、鈉硫電池和液流電池等幾大類型［3］。其中鉛酸電池因其歷史悠久、工藝成熟和成本低廉，在儲(chǔ)能系統(tǒng)中應(yīng)用廣泛［4］。鉛酸電池儲(chǔ)能系統(tǒng)最初建立于德國(guó)，成功實(shí)現(xiàn)電力調(diào)峰和電網(wǎng)調(diào)頻；美國(guó)自1987年以后陸陸續(xù)續(xù)在各州建立起十幾個(gè)不同規(guī)模的鉛酸電池儲(chǔ)能系統(tǒng)，分別用于削峰填谷，改善電能質(zhì)量，提高能源利用率，充當(dāng)后備電源等方面。中國(guó)在河北省張北縣和溫州市洞頭縣也建成2個(gè)鉛酸電池儲(chǔ)能系統(tǒng)，提高電網(wǎng)可靠性并加強(qiáng)需求側(cè)能量管理。

電網(wǎng)等儲(chǔ)能應(yīng)用場(chǎng)合在系統(tǒng)安全性、可靠性和用戶側(cè)需求方面具有特定的標(biāo)準(zhǔn)，這就對(duì)所用電池的功率密度、使用壽命和成本提出了較高的要求。鉛酸電池容易產(chǎn)生正極板腐蝕，負(fù)極硫酸鹽化等現(xiàn)象，導(dǎo)致其循環(huán)壽命較短，嚴(yán)重限制了電池在分布式發(fā)電、電動(dòng)汽車等儲(chǔ)能領(lǐng)域的應(yīng)用和發(fā)展［5］。而與鉛酸電池相比，鉛炭電池的比功率、循環(huán)性能和倍率性能均有顯著提高，意味著其在儲(chǔ)能市場(chǎng)擁有巨大的潛力［6］。

1 鉛炭電池的出現(xiàn)背景和原理

1859年，法國(guó)的G.plante首次發(fā)明制備了鉛酸蓄電池，迄今已有160年的發(fā)展歷史。鉛酸電池由于具有工藝成熟、成本低廉、回收利用率高和自放電低等優(yōu)點(diǎn)，目前在市場(chǎng)中占據(jù)一半的比例。但是，在高倍率部分荷電狀態(tài)下鉛酸電池負(fù)極存在嚴(yán)重的硫酸鹽化現(xiàn)象，這將導(dǎo)致電池循環(huán)壽命縮短，嚴(yán)重制約其發(fā)展［7］。

超級(jí)電池的重要意義在第12屆亞洲蓄電池會(huì)議中被重點(diǎn)強(qiáng)調(diào)，引起各界人士的廣泛關(guān)注［8］。超級(jí)電池其實(shí)是將鉛酸電池的負(fù)極與超級(jí)電容器的負(fù)極以“內(nèi)并”的形式結(jié)合起來(lái)形成的一種新型儲(chǔ)能設(shè)備，其兼?zhèn)溷U酸電池和超級(jí)電容器的優(yōu)點(diǎn)，結(jié)構(gòu)原理圖如圖1所示［9］。

圖1 超級(jí)電池結(jié)構(gòu)原理圖［9］

由于超級(jí)電池的廣受關(guān)注，鉛炭電池開始進(jìn)入人們的視野。鉛炭電池是通過(guò)“內(nèi)混”的方式把碳材料加入鉛酸電池負(fù)極板而形成的一種新型儲(chǔ)能電池，其結(jié)構(gòu)原理圖如圖2所示。

圖2 鉛炭電池結(jié)構(gòu)原理圖

2 鉛炭電池的性能研究

大規(guī)模儲(chǔ)能對(duì)電池具有多方面的要求，例如：經(jīng)濟(jì)性能、安全性能、循環(huán)壽命、可規(guī)模化程度等。表1對(duì)比了常見的鉛酸電池、鋰離子電池、鈉硫電池等的各方面性能。從表1中可以看出，相比于其他電池，鉛酸電池在安全性能，可規(guī)?；潭群徒?jīng)濟(jì)性能方面具有一定的優(yōu)勢(shì)，但是循環(huán)性能還有待進(jìn)一步的提升。

表1 不同儲(chǔ)能產(chǎn)品的綜合性能比較

鉛炭電池的循環(huán)壽命和經(jīng)濟(jì)性能均在鉛酸電池的基礎(chǔ)上顯著增強(qiáng)。下面將重點(diǎn)研究探討鉛炭電池的相關(guān)性能。

2.1 安全性能

在電池大規(guī)模應(yīng)用的過(guò)程中，電池的安全性能至關(guān)重要?，F(xiàn)在，不論是在移動(dòng)數(shù)碼產(chǎn)品、混合動(dòng)力電動(dòng)汽車還是大規(guī)模儲(chǔ)能系統(tǒng)領(lǐng)域，鋰離子電池均熱度不減，但是其安全性能確令人擔(dān)憂。2016年至2017年間，兩大手機(jī)生產(chǎn)商蘋果和三星均因鋰離子電池的安全問(wèn)題遭受經(jīng)濟(jì)和名望的雙重?fù)p失。其中蘋果公司召回8萬(wàn)臺(tái)iPhone6s，而三星電子因Note7電池爆炸問(wèn)題直接損失了60億美元。對(duì)比之下，鉛酸電池因歷史悠久，工藝成熟等因素，在安全性能方面更勝一籌?；阢U酸電池研究的深厚根基，鉛炭電池逐步得到發(fā)展，其制備工藝與鉛酸電池相同。因此，就電池安全而言，鉛炭電池在各種儲(chǔ)能產(chǎn)品中具有突出表現(xiàn)。

2.2 經(jīng)濟(jì)性能

度電成本是衡量?jī)?chǔ)能技術(shù)發(fā)展前景的重要指標(biāo)。圖3展示的是不同儲(chǔ)能技術(shù)的度電成本。其中FCP鉛炭電池的度電成本僅需0.5元/kWh，而傳統(tǒng)鉛酸電池和鋰電池的度電成本分別為1.75元/kWh和1.5元/kWh，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)鉛炭電池。雖然抽水蓄能的度電成本低于鉛炭電池，但因其工期較長(zhǎng)，能源浪費(fèi)嚴(yán)重，不利于社會(huì)資源的優(yōu)化配置。隨著儲(chǔ)能系統(tǒng)的發(fā)展和應(yīng)用，F(xiàn)CP鉛炭電池的度電成本有望降低至0.4元/kWh，與抽水蓄能達(dá)到持平狀態(tài)。目前工商業(yè)用戶安裝儲(chǔ)能系統(tǒng)主要緣于節(jié)省電費(fèi)，如果安裝FCP鉛炭電池系統(tǒng)，以峰谷電價(jià)套利作為唯一盈利點(diǎn)，假設(shè)峰谷電價(jià)差大于0.8元/kWh，則5年時(shí)間即可回收成本，這一優(yōu)勢(shì)促進(jìn)了鉛炭電池儲(chǔ)能系統(tǒng)在需求側(cè)的市場(chǎng)化應(yīng)用。

圖3 不同儲(chǔ)能技術(shù)度電成本對(duì)比

2.3 循環(huán)壽命

D G Enos等［11］探討了部分荷電工況下鉛酸電池和鉛炭電池的循環(huán)性能，如圖4所示。結(jié)果表明，鉛炭電池在部分荷電狀態(tài)下循環(huán)壽命能夠達(dá)到8 000多次，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了鉛酸電池。

圖4 標(biāo)準(zhǔn)鉛酸電池和鉛炭電池的初始容量-循環(huán)壽命曲線［11］

南都電源的鉛炭電池生產(chǎn)水平處于世界領(lǐng)先地位，其與ALABC聯(lián)盟合作進(jìn)行鉛炭電池的研發(fā)測(cè)試，測(cè)試結(jié)果如圖5所示。當(dāng)電池電壓逐步衰減至預(yù)先設(shè)置的電壓值時(shí)，即可認(rèn)定其失效。從圖5中可以看出，處于高倍率部分荷電狀態(tài)下的鉛炭電池的循環(huán)壽命高于鉛酸電池3~4倍。

圖5 在高倍率部分荷電狀態(tài)下鉛酸電池和鉛炭電池的循環(huán)壽命

圣陽(yáng)股份和日本古河公司研發(fā)的FCP鉛炭電池在70%放電深度（depth of discharge,DOD）狀態(tài)下可以循環(huán)4 200圈，即使將其用在儲(chǔ)能系統(tǒng)中，高壓電池組（600 V）循環(huán)壽命也高達(dá)3 500次。然而鋰離子電池在80%DOD狀態(tài)下高壓電池組（600 V）能夠循環(huán)至2 000次已屬不易。綜上所述，鉛炭電池在儲(chǔ)能系統(tǒng)中克服了鉛酸電池循環(huán)壽命短的缺點(diǎn)，為其成為儲(chǔ)能主流技術(shù)奠定基礎(chǔ)。

2.4 比能量和比功率

Tom Hund等對(duì)超級(jí)電池和閥控式鉛酸電池在高倍率部分荷電狀態(tài)下的比能量和比功率進(jìn)行了研究［12］，結(jié)果如圖6所示。從圖6中可以看出，與鉛酸電池相比，超級(jí)電池的比能量和比功率均有一定程度的提升，最大比功率顯著增加。這一結(jié)果表明與鉛酸電池相比，超級(jí)電池的高倍率充放電性能得到了顯著改善。

圖6 超級(jí)電池和鉛酸電池比能量和比功率［12］

3 鉛炭電池在電網(wǎng)儲(chǔ)能中的研究現(xiàn)狀

由于鉛炭電池在安全性、經(jīng)濟(jì)性和循環(huán)壽命等方面展現(xiàn)出優(yōu)異的性能，使其在混合動(dòng)力電動(dòng)汽車、可再生能源接入、削峰填谷、智能微電網(wǎng)和需求側(cè)管理等領(lǐng)域得到國(guó)內(nèi)外人士的廣泛關(guān)注。

美國(guó)聯(lián)邦運(yùn)輸管理局在公共汽車項(xiàng)目中更是創(chuàng)新性地將鉛炭電池與燃料電池結(jié)合應(yīng)用，結(jié)果顯示混合動(dòng)力電池能量較大且能實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排［13］；美國(guó)Axion公司將鉛炭電池應(yīng)用到海軍陸戰(zhàn)隊(duì)的戰(zhàn)車中［14］；美國(guó)AEP電力公司不斷致力于鉛炭電池模塊的開發(fā)，其中HES340型和FES370型已經(jīng)在太陽(yáng)能、風(fēng)能、峰谷電網(wǎng)儲(chǔ)能等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用［15］。近些年，美國(guó)也在大力發(fā)展鉛炭電池電網(wǎng)級(jí)儲(chǔ)能系統(tǒng)。2011年，美國(guó)能源局投資254萬(wàn)美元發(fā)展北美地區(qū)電網(wǎng)級(jí)鉛炭電池儲(chǔ)能項(xiàng)目，其容量達(dá)3 MW/1.4 MWh，用于電網(wǎng)輔助能量存儲(chǔ)、頻率調(diào)節(jié)和能源需求管理。之后美國(guó)在Oahu.HI和Maui.HI分別建立了容量為15 MW/10 MWh和10 MW/20 MWh的鉛炭電池風(fēng)電儲(chǔ)能系統(tǒng)。美國(guó)新墨西哥州的Clovis將先進(jìn)鉛炭電池儲(chǔ)能技術(shù)應(yīng)用于北美超導(dǎo)體輸電，該輸電系統(tǒng)是通過(guò)3個(gè)AC/DC換流站和超導(dǎo)體輸電線路把東西互聯(lián)系統(tǒng)和德克薩斯電力系統(tǒng)聯(lián)系起來(lái)，鉛炭電池儲(chǔ)能系統(tǒng)在該項(xiàng)目中達(dá)到穩(wěn)定風(fēng)能發(fā)電、削峰填谷的作用。

在澳大利亞，一個(gè)3 MW/1.6 MWh的鉛炭電池儲(chǔ)能系統(tǒng)被投入到King島項(xiàng)目中，保證新能源接入發(fā)電，此外還將鉛炭電池技術(shù)融入到Hampton風(fēng)電場(chǎng)項(xiàng)目以保證風(fēng)機(jī)功率平滑輸出；日本Suzuki電池公司的鉛炭電池儲(chǔ)能電動(dòng)汽車已經(jīng)可以進(jìn)行商業(yè)化生產(chǎn)；哥倫比亞、南極洲等地區(qū)也紛紛建立起了以鉛炭電池技術(shù)為核心的儲(chǔ)能系統(tǒng)。

目前我國(guó)的鉛炭電池技術(shù)大幅度提高并已躋身國(guó)際前列。南都電池與國(guó)際鉛酸電池先進(jìn)研發(fā)組織ALABC共同進(jìn)行鉛炭電池的探索，南都鉛炭電池的循環(huán)壽命能達(dá)到普通儲(chǔ)能產(chǎn)品的5倍以上，充電接受能力也顯著提升了40%左右，達(dá)到世界先進(jìn)水平，目前該電池在我國(guó)河北、青海、西藏、浙江等省的14個(gè)微網(wǎng)儲(chǔ)能項(xiàng)目中均有應(yīng)用。圣陽(yáng)電源與日本古河電池共同開發(fā)出了一款FCP鉛炭電池，其度電成本接近抽水蓄能，并且具有優(yōu)異的循環(huán)性能和成組性能，由此構(gòu)建了經(jīng)濟(jì)性能良好的儲(chǔ)能系統(tǒng)，極大地推動(dòng)了我國(guó)儲(chǔ)能系統(tǒng)的商業(yè)化應(yīng)用。同時(shí)，與鉛炭電池相關(guān)的儲(chǔ)能工程示范項(xiàng)目也在我國(guó)快速建成。南都將鉛炭和鋰電混合儲(chǔ)能系統(tǒng)應(yīng)用于2 MWh的光儲(chǔ)一體化微網(wǎng)儲(chǔ)能電站，以達(dá)到削峰填谷、平滑功率和預(yù)防停電的目的，使我國(guó)位處偏遠(yuǎn)地區(qū)的人們可以享受到平穩(wěn)、持續(xù)的用電。南都電源與清華大學(xué)和北京四方聯(lián)合開發(fā)了鉛炭電池儲(chǔ)能系統(tǒng)，并將其應(yīng)用于內(nèi)蒙古風(fēng)電移動(dòng)儲(chǔ)能電站，實(shí)現(xiàn)了風(fēng)電在電網(wǎng)中的平滑接入。新疆吐魯番工程作為我國(guó)首個(gè)微電網(wǎng)示范工程，采用了鉛炭電池儲(chǔ)能系統(tǒng)，該項(xiàng)目的成功應(yīng)用可以使2萬(wàn)多居民享受優(yōu)質(zhì)電能。

4 鉛炭電池的機(jī)遇與挑戰(zhàn)

近幾年儲(chǔ)能技術(shù)已成為電網(wǎng)發(fā)展的瓶頸。隨著電力體制的深入改革，用戶側(cè)分布式儲(chǔ)能應(yīng)用也迅速發(fā)展，為儲(chǔ)能市場(chǎng)帶來(lái)機(jī)遇。目前三星陽(yáng)光、南都電源、中航鋰電、欣旺達(dá)等諸多公司都對(duì)儲(chǔ)能開展了大規(guī)模的投資與研發(fā)。我國(guó)也紛紛出臺(tái)系列規(guī)定強(qiáng)調(diào)儲(chǔ)能行業(yè)的重要性。國(guó)家能源局發(fā)布的《關(guān)于促進(jìn)儲(chǔ)能技術(shù)與產(chǎn)業(yè)發(fā)展的指導(dǎo)意見（征求意見稿）》中對(duì)儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)的發(fā)展目標(biāo)進(jìn)行了明確說(shuō)明：首先加大儲(chǔ)能系統(tǒng)示范項(xiàng)目的建設(shè)和核心技術(shù)的研發(fā)，使我國(guó)儲(chǔ)能技術(shù)躋身世界先進(jìn)水平；其次廣泛應(yīng)用和發(fā)展儲(chǔ)能項(xiàng)目，帶動(dòng)能源領(lǐng)域經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)，在國(guó)際市場(chǎng)中具備一定的競(jìng)爭(zhēng)力。因此，2017年將會(huì)是儲(chǔ)能市場(chǎng)走向爆發(fā)的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)，各類儲(chǔ)能技術(shù)必然都會(huì)迎來(lái)發(fā)展的黃金時(shí)期。

鉛炭電池雖然優(yōu)點(diǎn)顯著，但也存在一些問(wèn)題，只有改進(jìn)這些問(wèn)題才能在眾多的儲(chǔ)能技術(shù)中脫穎而出。下面將對(duì)此逐一說(shuō)明。

（1）碳材料的種類和添加量尚不明確。不同碳材料由于粒徑、比表面積、孔隙率和導(dǎo)電性等不同，在鉛炭電池中發(fā)揮的作用也不相同，但是目前對(duì)于這些因素的影響效果仍然沒(méi)有明確的定論，需要深入的探索。然而對(duì)于同樣的碳材料，生產(chǎn)地、廠商不同也可能帶來(lái)不同的效果。因此篩選合適的負(fù)極碳材料種類對(duì)于改進(jìn)鉛炭電池技術(shù)而言至關(guān)重要。目前對(duì)于碳材料的添加量也沒(méi)有統(tǒng)一的定論，碳材料添加量過(guò)少則達(dá)不到提升鉛炭電池性能的效果，添加量過(guò)多又會(huì)降低電池的容量和能量密度等。因此探索碳材料的最優(yōu)添加量也是目前亟待解決的問(wèn)題。

（2）負(fù)極析氫反應(yīng)縮短電池循環(huán)壽命。在鉛炭電池負(fù)極中加入低析氫過(guò)電位的碳材料會(huì)引發(fā)充放電過(guò)程中負(fù)極劇烈的析氫反應(yīng)，導(dǎo)致電解液干涸，電池循環(huán)壽命縮短。針對(duì)這一問(wèn)題可以通過(guò)摻雜N、P等元素對(duì)碳材料進(jìn)行表面改性或者在電解液或負(fù)極材料中添加高析氫過(guò)電位的析氫抑制劑達(dá)到抑制析氫的效果，從而延長(zhǎng)電池循環(huán)壽命［16］。

（3）工藝有待進(jìn)一步優(yōu)化。王富茜等研究者認(rèn)為鉛炭電池目前在工藝過(guò)程中存在一些問(wèn)題［17］，比如：碳材料密度遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于鉛粉，兩者的結(jié)合將增加負(fù)極板孔隙率，導(dǎo)致極板發(fā)生不同程度的氧化行為；碳材料與活性物質(zhì)鉛混合不均勻影響涂膏的穩(wěn)定性等，因此需要進(jìn)一步優(yōu)化鉛炭電池合成工藝，完善電池性能。

（4）鉛炭電池污染問(wèn)題尚未解決。鉛炭電池和鉛酸電池負(fù)極含有大量的重金屬鉛，會(huì)對(duì)環(huán)境造成嚴(yán)重的污染。我國(guó)現(xiàn)在已經(jīng)加大對(duì)鉛炭電池的回收力度，但是回收再利用率目前仍與西方發(fā)達(dá)國(guó)家有一定的差距，因此應(yīng)盡快完善對(duì)鉛炭電池的回收體系。

（5）度電成本有待進(jìn)一步降低。目前圣陽(yáng)電源生產(chǎn)的FCP鉛炭電池的度電成本最低為0.5元/ kWh，但是有望進(jìn)一步優(yōu)化至0.4元/kWh，增強(qiáng)鉛炭電池的經(jīng)濟(jì)性能。

5 結(jié)論

鉛炭電池是一種集超級(jí)電容器和鉛酸電池的優(yōu)勢(shì)為一體的新型儲(chǔ)能技術(shù)，在混合動(dòng)力電動(dòng)汽車和大規(guī)模儲(chǔ)能系統(tǒng)中擁有廣闊的發(fā)展前景。本文基于鉛炭電池的背景和原理，對(duì)鉛炭電池及其儲(chǔ)能技術(shù)進(jìn)行了探討，主要結(jié)論如下：

（1）與鉛酸電池相比，鉛炭電池在安全性能、比能量/功率、經(jīng)濟(jì)性能和循環(huán)壽命等方面均有顯著提升。

（2）鉛炭電池儲(chǔ)能技術(shù)可應(yīng)用于電動(dòng)汽車、可再生能源接入、削峰填谷、智能微電網(wǎng)和用戶側(cè)分布式儲(chǔ)能等方面，效果顯著。

（3）針對(duì)鉛炭電池提出改進(jìn)方向，包括材料的定性定量、性能提高、工藝優(yōu)化等方面。

（4）在國(guó)家政策的大力支持下，鉛炭電池憑借其優(yōu)良特性，有望成為大規(guī)模儲(chǔ)能系統(tǒng)發(fā)展中的主流儲(chǔ)能技術(shù)。D

參考文獻(xiàn)：

［1］ 隋延波,孔令成.先進(jìn)鉛炭電池儲(chǔ)能系統(tǒng)解決方案［J］.高科技與產(chǎn)業(yè)化,2016,（4）:84-86.

［2］ Roberts B P,Sandberg C.The role of energy storage in development of smart grids［J］.Proceedings of the IEEE, 2011,99（6）:1 139-1 144.

［3］ 蔣凱,李浩秒,李威,等.幾類面向電網(wǎng)的儲(chǔ)能電池介紹［J］.電力系統(tǒng)自動(dòng)化,2013,（1）:47-53.

［4］ Wang F,Hu C,Lian J,et al.Phosphorus?doped activated carbon as a promising additive for high performance lead carbon batteries［J］.RSC Advances,2017,7（7）:4 174-4 178.

［5］ 賈蕗路,劉平,張文華.電化學(xué)儲(chǔ)能技術(shù)的研究進(jìn)展［J］.電源技術(shù),2014,（10）:1 972-1 974.

［6］ Yang Z,Zhang J,Kintner Meyer M C W,et al. Electrochemicalenergy storage forgreen grid［J］. Chemical reviews,2011,111（5）:3 577-3 613.

［7］ 王峰,廉嘉麗,王康麗,等.新型炭材料在超級(jí)電容器與鉛炭電池中的應(yīng)用研究進(jìn)展［J］.儲(chǔ)能科學(xué)與技術(shù), 2014（6）:575-583.

［8］ 華壽南，孔德龍.第12屆亞洲蓄電池會(huì)議和論文介紹［J］.Chinese LABAT Man（蓄電池），2008,（1）:34-41.

［9］ Lam L T,Louey R,Haigh N P,et al.VRLA Ultrabattery for high?rate partial?state?of?charge operation［J］.Journal of Power Sources,2007,174（1）:16-29.

［10］Tong P,Zhao R,Zhang R,et al.Characterization of lead（Ⅱ）?containing activated carbon and its excellent performance of extending lead?acid battery cycle life for high?rate partial?state?of?charge operation［J］.Journal of Power Sources,2015,286（1）:91-102.

［11］ Enos D G,Hund T H,Shane R.Understanding the function and performance of carbon?enhanced lead?acid batteries［C］//Milestone Report for the DOE Energy Storage Systems Program,SAND:Sandia Report,2011:2 011-3 459.

［12］ Hund T D,Clark N H,Baca W E.Ultrabattery Test Results for Utility Cycling Applications［R］.Sandia National Laboratories（SNL?NM）,Albuquerque,NM（United States）,2008.

［13］ Yang Z,Zhang J,Kintner Meyer M C,et al.Electro?chemical energy storage for green grid［J］.Chemical reviews,2011,111（5）:3 577-3 613.

［14］ Lam L T,Newnham R H,Ozgun H,et al.Advanced design of valve?regulated lead?acid battery for hybrid electric vehicles［J］.Journal of power sources,2000,88（1）:92-97.

［15］Lam L T,Haigh N P,Phyland C G,et al.Novel technique to ensure battery reliability in 42?V Power Nets for new?generation automobiles［J］.Journal of Power Sources, 2005,144（2）:552-559.

［16］Wang F,Hu C,Zhou M,et al.Research progresses of cathodic hydrogen evolution in advanced lead?acid batteries［J］.Science Bulletin,2016,61（6）:451-458.

［17］王富茜.鉛炭電池研發(fā)中存在的問(wèn)題［C］//北京:中國(guó)電工技術(shù)學(xué)會(huì),2011.

（本欄責(zé)任編輯馬 雷）

The progresses of lead carbon battery technology for grid?scale energy storage

LIAN Jia?li1,WANG DA?Lei2,YAN Jie1,WANG Kang?li2,CHENG Shi?jie2,JIANG Kai1,2

(1.State Key Laboratory of Material Processing and Die&Mould Technology,Huazhong University of Science and Technology,Wuhan 430074,China;2.State Key Laboratory of Advanced Electromagnetic Engineering and Technology,Huazhong University of Science and Technology,Wuhan 430074,China)

儲(chǔ)能是高效利用可再生能源和構(gòu)建智能電網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)。與傳統(tǒng)鉛酸電池相比，鉛炭電池在安全性、經(jīng)濟(jì)性和循環(huán)性等方面具有明顯優(yōu)勢(shì)，因而在電力儲(chǔ)能領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。介紹了鉛炭電池的發(fā)展歷程和工作原理，進(jìn)而從安全性能、度電成本、循環(huán)壽命和比能量4個(gè)方面與鉛酸電池進(jìn)行對(duì)比。闡述了鉛炭電池儲(chǔ)能技術(shù)在儲(chǔ)能領(lǐng)域的應(yīng)用現(xiàn)狀，并對(duì)鉛炭電池目前存在的問(wèn)題和改進(jìn)方向進(jìn)行歸納和總結(jié)。

儲(chǔ)能；鉛炭電池；鉛酸電池；循環(huán)壽命

Energy storage is a critical technology for the devel?opment of renewable energy sources and smart grids.The lead car?bon battery shows the excellent performance in the safety,economy and cycle performance,which has a broad prospect in energy storage applications compared to conventional lead-acid battery.This paper analyzes the development history and working principle of lead car?bon batteries,and compares them with lead-acid batteries in four as?pects:safety performance,electricity cost,cycle life and specific en?ergy.Meanwhile,the recent energy storage applications of lead car?bon batteries are introduced and the challenges for lead carbon bat?tery are also discussed.

energy storage;lead carbon battery;lead-acid bat?tery;cyclelife

TM 911.15

A

1009-1831（2017）03-0021-05

10.3969/j.issn.1009-1831.2017.03.005

2016-04-24