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熊鲜明:储能技术及其产品的研究

        中国储能网讯:5月19日至21日,“第八届中国国际储能大会”在深圳隆重召开, 来自中国、美国、德国、英国、加拿大、西班牙、日本、韩国、澳大利亚等国和地区1500余位政府机构、科研院所、行业组织、电力公司、新能源项目单位、系统集成商等代表出席本次大会。
瑞达集团衡阳瑞达电源有限公司技术中心研发经理熊鲜明在储能电站专场,发表了题为“储能技术及其产品的研究”的精彩演讲。

 

 

 


        演讲内容如下:
        熊鲜明:
各位来宾上午好!我今天跟大家分享一下铅炭电池的制作过程,另外介绍一下我们公司的OPZV电池的应用状况。
    关于铅碳电池,我们首先要讲的是炭材料,炭材料不仅用铅酸电池,还应用于锂电池、液流电池。我们知道炭原子6 位的,它有S轨道和P轨道,它出来的有SP3、SP2结构等等,所以就有表现出来会有比较硬的金刚石、石墨、石墨烯,还有碳黑等等。
    (见PPT)这是不同形态炭材料的SEM图,我们看到石墨、乙炔黑、活性炭、球形石墨、异形石墨在相同倍率扫描电镜下,形态是不相同的。还有胶体石墨、石墨烯,现在在锂离子当中也有专用的石墨烯。
    功能性炭材料的作用:提高电导性、限制晶体生长、炭表面的氧化、石墨结构中氢的插入、电容的贡献、增加形核位置、析氢、电渗泵效应。
    炭黑是一种无定形炭,基本上现在所有的AGM电池当中都采用无定形炭,最主要就是采用乙炔黑。活性炭主要是用在铅炭电池或者是普通负极中中。石墨主要应用在锂电池、干电池等等方面。这里面有球形石墨、胶体石墨、异型石墨,纳米石墨等。在炭材料当中还有炭纳米管,现在国内还有卖炭纳米管乳液,作为电解液添加剂。石墨烯是一种新的材料,根据它的层次不同,有多层的、单层的,最关键就是导电性和导热性。
    (见PPT)这是我收集了一些资料介绍和厂家关于不同功能性炭材料的基本参数,有比表面积、电容和粒径的对比,具体材料特性大家参考这页。
    这是在炭在铅酸电池中的作用。石墨主要是增加在正极或者负极上;活性炭方面,有蓄电池专用活性炭,还有电容活性炭,这个主要用于负极,但是在量比较大的时候会产生析氢,所以炭材料加入负极当中会带来末期电流的增大,在加入的时候一定要注意。我们的备用电池加入的炭就非常少,我们要保证末期电流非常小。石墨烯一般来说可以加入正负极里面,在锂电池上也在应用。
   下面介绍下我们几年前开发的铅炭电池过程中的一些经验和心得,铅炭电池主要是在负极中添加一定比例的炭材料。
    铅炭电池解决什么问题呢?一是硫酸盐化,第二是快充、快放。
现在铅炭电池还没有正式的标准出台,2017年出了一个电力用储能铅炭电池,我没有看到有正式的标准发布。2017年11月在洛阳,铅炭电池标委会组织了一个会议,专门研究铅炭电池的标准。
什么是铅炭电池?首先有一个功能炭,在洛阳会议的标准中提出功能炭的添加量,大概在2.5左右。现在的铅酸电池的总炭量,功能性炭加千分之5,其它的有机物大概的含炭量在千分之3左右。整个的铅酸电池现在的总炭量大概在0.5%到0.8%之间。关于总炭量的测定,北京有色金属总院做的一个方法,高温的无氧灼烧来确定总炭量。现在究竟加多少呢?我们现在没有一个很明确的标准。从这个角度来讲就想起了我们以前做的胶体电池,胶体电池在最初的时候没有一个标准规定胶体电池的结构,包括工信部出的1360标准,也没有规定胶体电池的结构。后来在胶体电池认证的条例当中规定了一个胶体电池的结构,大家可以看看关于最新的相关认证。胶体电池在某一个阶段遍地开花,因为没有明确胶体电池当中二氧化硅的含量,也没有明确使用的结构是什么,所以很多企业基本上只要加点二氧化硅在里面就成为胶体电池,我们的铅炭电池是不是会走向胶体电池的老路呢?这个很难说,可能到明年这个时候铅炭电池也是满天飞。

 

 

 

 


    铅炭电池的应用和要求,现在国内的标准主要是用在储能领域,我认为铅炭电池主要有两个作用,一个就是储能,PSOC状态下的使用。第二个是启停蓄电池,就是快充快放的这种。启停电池也存在一个不饱和充电,但是它具有大电流放电、大电流充电的特点。铅炭电池解决AGM电池的哪些问题呢?就是不饱和充电、硫酸盐化。另外加炭就是消除负极的极化。如果你在做的过程中,铅炭电池在相同工艺情况下,铅酸电池很可能充到16V、17伏左右,铅炭电池会小大概0.5左右。我们生产出来的铅炭电池大概充到14.6左右,所以平均来讲,相同的工艺铅炭电池会低1伏多。另外就是快速充电,因为它的导电性和导热性,所以它能够进行快充和快放。
    (见PPT)这是根据国家标准中的金太阳认证和IEC认证提出的要求。这是AGM的状况,我们知道金太阳认证有55次循环,我这里做的是90次以上作为铅炭电池的标准,在2273标准上是3个周期以上,我提出的是5个周期以上,在充电接受能力方面,AGM是2,铅炭电池定义是2.8。充电恢复时间AGM是12小时,铅炭电池是6小时。低温容量方面AGM是做到80%,铅炭电池是可以做到90%。
    铅炭电池的开发,首先是选择炭材料,炭材料非常关键,电池中选择炭材料的非常多,你应该如何选择,要选择相应的优质的供应商。另外你加入的炭材料过多,在和膏的时候就很难做,这时候要加入粘接剂,如果炭材料很多,需要加很多水来稀释它。另外你加的炭材料太多会产生析氢,我们在添加的过程中一定要防止析氢,不然你加6%的炭之后,你的自放电也是非常大的。
    这是我们做的整个过程,为什么我们要做金太阳这个测试呢?因为金太阳比较好比较,金太阳也是认证的一个条件,而且它做的时间比较短,同时就是一个非常严苛的PSOC 工况,很快就可以验证配方的结果,在做的过程当中,我们一定要用电化学工作站来测量它的析氢电流,接下来再慢慢进行相应的组装测试。
    (见PPT)这是我们公司关于铅炭电池的发明专利。
    OPzV管式胶体电池我们公司在做过属于做的最早规模最大的厂家,这是一个大家都了解的比较成熟的产品。
    (见PPT)这是我们的一个实际测试,整个循环测试已经做了6年多,据我们了解国内还没有哪家厂家做过这么长时间的100%DOD 的循环测试,如果大家有兴趣到我们公司参观可以看看,我们公司买了很多同类产品和我们公司的产品做对比测试,现在还有实际的测试数据。这个循环性能应用在储能上一点问题都没有,60%DOD 做到4000-5000个循环是很轻松的。
    (见PPT)这是一个OPzV12-100做金太阳测试的实验报告,我们做了两个周期加38次,相当于金太阳认证2.5倍的标准,做储能也是非常好的一个产品。
    这是我们做OPzV极板平行放置的测试。我们的极板有逆式放置、侧式放置、平放。
    这是我们公司关于OPzV的专利情况,OPzV的内化成技术是我们的发明专利,我们是中国最早做胶体内化成技术的企业。

 

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