在SMM主办的2024 SMM第十九届铅锌大会暨铅锌技术创新论坛——铅酸蓄电池技术论坛上,东南大学教授雷立旭讲解了双碳战略下的铅酸电池循环生产路径、问题与解决方案。
“双碳战略”源起和实现路径
温室气体和温室效应
人类活动产生的主要温室气体:H2O和CO2
使用更多的可再生能源,通过降低能耗和资源消耗减少温室气体排放
工业品的循环生产
可再生能源的开发和使用
必须建立超大规模储能电站以应对可再生能源的波动性
超大规模指的是GW或者TWh的规模,储能电站的储能方式包括物理储能和电化学储能,电化学储能譬如锂离子电池、铅酸电池以及液流电池。
建立GW/TWh规模的铅酸电池储能大楼
铅酸电池是安全的
已为机要部门默默服务百年;柴油潜艇的水下航行能源
铅酸电池价廉物美
已为普通百姓安全服务十余年
铅酸电池是全球回收资源化、循环生产做得最好的工业产品
致命缺点:铅酸电池能量密度低、循环寿命短
铅酸电池的循环生产:路径、问题与解决方案
结论:生产何种铅酸电池?
单极耳/全极耳电池
•电流密度分布不均匀,远离极耳的地方会产生充放电不充分,应当是硫酸分层、负极下部硫酸盐化、活性物质利用率低的主要原因
•电流在极耳处过度集中,产生大的欧姆热。这是锂离子电池安全隐患的来源之一
无极耳双极性电池
电流密度分布均匀,无上述问题。
因此,综合来看,双极性电池是必然的选择。
如何制造双极性铅酸电池
集流体使用加强铅箔,端板使用包铅铝(铜)板;
正极活性物质使用化学合成的4BS;
负极活性物质使用化学合成的PbSO4;
隔膜使用胶体电解质隔膜;
使用紧装配,四周用不导电的胶密封;
根据需求和制造工艺确定容量(单片电极Ah数)和电池电压(2n V)。
能量密度:~80 Wh/kg
功率密度:> 800 W/kg
一种新的化学反应技术:少溶剂固态化学反应
1. 目前的溶液化学反应过程使用了太多的溶剂:反应不能进行到底!
2. 使用少量的溶剂可以想办法使自发反应进行到底,同时克服固态化学反应传质难题。可以说扬二者之长避二者之短。
双极性铅酸电池的应用场景
顺应国家关于可再生能源开发、碳达峰、碳中和战略:高安全性超大规模长时储能系统(储能大楼);家用到中小型企事业单位用各种高安全性后备储能系统。
高安全性短续航里程电动车、电动摩托。