Pengamatan Industri | Pohon Tua dan Bunga Baru——Pengantar Teknologi Baterai Timbal-Karbon dan Analisis Aplikasi Penyimpanan Energi

January 11, 2023

berita perusahaan terbaru tentang Pengamatan Industri | Pohon Tua dan Bunga Baru——Pengantar Teknologi Baterai Timbal-Karbon dan Analisis Aplikasi Penyimpanan Energi
Pohon Tua: Baterai Karbon Timbal
Baterai timbal-asam adalah veteran di industri baterai.Itu ditemukan oleh orang Prancis G.plante pada tahun 1859 dan memiliki sejarah lebih dari 150 tahun.Tidak hanya itu, prinsip kerja utama baterai timbal-asam hampir tidak berubah dalam beberapa tahun ini, dan dapat dikatakan sudah berpengalaman dalam industri baterai.Bahan aktif positif dari baterai timbal-asam biasa adalah timbal oksida (PbO2), dan bahan aktif negatif adalah timbal (Pb), yang menempel pada kisi-kisi.Baterai timbal-asam menggunakan asam sulfat encer sebagai elektrolit, dan strukturnya sederhana serta mudah digunakan.
berita perusahaan terbaru tentang Pengamatan Industri | Pohon Tua dan Bunga Baru——Pengantar Teknologi Baterai Timbal-Karbon dan Analisis Aplikasi Penyimpanan Energi  0
Mekanisme reaksi pengisian dan pengosongan adalah sebagai berikut:
berita perusahaan terbaru tentang Pengamatan Industri | Pohon Tua dan Bunga Baru——Pengantar Teknologi Baterai Timbal-Karbon dan Analisis Aplikasi Penyimpanan Energi  1
Baterai timbal-asam telah menjadi salah satu baterai yang paling umum digunakan dalam seratus tahun terakhir, terutama karena beberapa keunggulan luar biasa:
1.Biaya rendah: hanya 0,6~0,7rmb/Wh;
2. Proses persiapannya sederhana: peralatan persiapan dan investasi pabrik tidak besar, yang jauh lebih kecil dari baterai lithium;
3. Relatif aman: kemungkinan ledakan dan pembakaran sangat rendah;
4. Adaptasi lingkungan yang kuat: ia memiliki jangkauan kerja yang luas, dan perubahan kinerja dengan suhu tidak sedrastis baterai lithium-ion, dan persyaratan untuk sistem kontrol suhu lebih rendah;
5. Mudah didaur ulang dan digunakan kembali: Relatif mudah untuk mendaur ulang bahan aktif dari limbah baterai timbal-asam;
6. Teknologi yang matang, stabil, dan andal: Teknologi dengan sejarah lebih dari 100 tahun memiliki pengalaman yang kaya dalam penggunaan dan layak untuk diandalkan. Namun, baterai timbal-asam tradisional selalu memiliki masalah luar biasa.
1.Masalah masa hidup: Secara tradisional, hanya ada beberapa ratus masa hidup;
2. Masalah kerja daya tinggi: Di ​​bawah kondisi kerja tingkat tinggi di atas 0,5C, "fenomena sulfasi" terjadi dan pelemahan semakin cepat, yang juga merupakan akar penyebab buruknya masa pakai baterai timbal-asam;
3. Kepadatan energi tidak tinggi: hanya 20 ~ 40Wh/kg, jadi sebagian besar kesempatan dengan kepadatan energi tinggi memilih baterai lithium, yang juga merupakan alasan penting untuk kenaikan kuat baterai lithium dalam beberapa tahun terakhir;
4. Daur ulang dan penggunaan kembali: Meskipun tidak sulit untuk mendaur ulang baterai timbal-asam, namun banyak penyimpangan dalam daur ulang baterai timbal-asam karena mekanisme daur ulang yang tidak sehat dan rendahnya kesadaran masyarakat akan perlindungan lingkungan, yang juga menyebabkan pemborosan sumber daya dan pencemaran lingkungan.
Seiring kemajuan masyarakat, kebutuhan akan penyimpanan energi baterai dalam berbagai acara sosial terus meningkat.Dalam beberapa dekade terakhir, banyak teknologi baterai telah membuat kemajuan besar, dan pengembangan baterai timbal-asam juga menghadapi banyak peluang dan tantangan.Dalam konteks ini, dengan upaya para ilmuwan dan insinyur, karbon ditambahkan ke bahan aktif elektroda negatif dari baterai timbal-asam, dan baterai timbal-karbon — versi yang ditingkatkan dari baterai timbal-asam ini — lahir.
 
Bunga Baru: Baterai Karbon Timbal
Masalah terbesar baterai timbal-asam tradisional adalah efek sulfasi elektroda negatif setelah penggunaan jangka panjang pada arus tinggi, yang menyebabkan kegagalan material dan penurunan kapasitas secara tiba-tiba.Pada saat yang sama, semua orang telah melihat banyak berita besar tentang kemajuan baterai, seperti mengisi daya selama 7 detik.Faktanya, berita ini adalah tentang superkapasitor, yang pada dasarnya adalah kecepatan pengisian cepat, bukan baterai.Tidaklah sulit untuk melihat bahwa papan pendek baterai timbal-asam (pengisian dan pengosongan cepat) justru merupakan situasi yang lebih baik ditangani oleh mekanisme kapasitansi.Oleh karena itu, seseorang mengira bahwa menambahkan karbon aktif ke elektroda negatif baterai timbal-asam dapat menggabungkan keunggulan kapasitor dan baterai.
Faktanya, superkapasitor dapat digunakan secara paralel dengan baterai timbal-asam (penggunaan ini dapat disebut "paralel eksternal", yaitu baterai dan kapasitor terintegrasi secara mekanis secara paralel sebagai dua komponen independen).Untuk baterai timbal-karbon, situasi saat ini menjadi "baterai timbal-asam dengan kombinasi superkapasitor karbon", yang mengintegrasikan keunggulan daya spesifik tinggi dan umur panjang kapasitor lapisan ganda listrik ke dalam baterai timbal-asam, daya dan energi spesifik ditingkatkan, dan masa pakai baterai diperpanjang, sehingga disebut juga "ultrabaterai" di beberapa tempat.
Bahan aktif elektroda negatif baterai timbal-asam biasa adalah timbal (Pb), sedangkan pada baterai timbal-karbon, elektroda negatif diubah dari Pb murni menjadi bahan karbon (C) dengan karakteristik kapasitansi lapis ganda elektrik + karakteristik baterai spons timah ( Pb) komposisi campuran Elektroda negatif komposit berfungsi ganda, yaitu elektroda negatif timbal-karbon (Timbal-karbon), kemudian dicocokkan dengan elektroda positif PbO2 untuk membentuk baterai timbal-karbon.Secara umum, perubahan baterai timbal-karbon terutama muncul pada elektroda negatif, dan perubahan larutan elektroda dan elektroda positif tidak besar.Dapat dikatakan bahwa baterai timbal-karbon dapat dikatakan sebagai bunga baru yang mekar di pohon tua baterai timbal-asam, dan banyak hasil aplikasi yang baik telah dihasilkan dalam beberapa tahun terakhir.Dalam hal ini, karbon yang ditambahkan secara alami harus dikreditkan.
berita perusahaan terbaru tentang Pengamatan Industri | Pohon Tua dan Bunga Baru——Pengantar Teknologi Baterai Timbal-Karbon dan Analisis Aplikasi Penyimpanan Energi  2
Saat ini, banyak perusahaan baterai di dalam dan luar negeri yang memproduksi baterai timbal-karbon.Perusahaan perwakilan termasuk Furukawa, Ecoult, East Penn, dan Axion Jepang, serta Sacred Sun domestik, Shuangdeng, Nandu, dan C&D.

Analisis prinsip kerja baterai timbal-karbon
Salah satu masalah inti dalam baterai timbal-asam tradisional adalah sulfasi elektroda negatif, yaitu, dalam mode pelepasan laju tinggi, timbal berspon pada elektroda negatif bereaksi dengan cepat dengan HSO4- membentuk PbSO4.Pada saat ini, karena pasangan reaktan HSO4- dan Pb Pasokan PbSO4 yang tidak sesuai menyebabkan laju nukleasi PbSO4 terlalu cepat, yang membuat PbSO4 yang dihasilkan (yang bersifat isolasi) "menempel" pada permukaan negatif elektroda, atau menghasilkan partikel yang sangat besar;Dihasilkan secara seragam di dalam pelat negatif, atau hanya PbSO4 beludru halus, seragam, dan mudah direduksi yang dihasilkan di permukaan.
berita perusahaan terbaru tentang Pengamatan Industri | Pohon Tua dan Bunga Baru——Pengantar Teknologi Baterai Timbal-Karbon dan Analisis Aplikasi Penyimpanan Energi  3
Lapisan akumulasi PbSO4 atau partikel besar PbSO4 yang terbentuk di permukaan secara signifikan mengurangi luas permukaan efektif dan bahan yang diperlukan untuk transfer dan reaksi elektron, membuat reaksi selanjutnya menjadi lebih sulit, sehingga membuat bagian dalam pelat negatif menjadi area "mati".Saat mengisi daya, karena lapisan permukaan PbSO4 menghalangi reaksi tubuh baterai timbal-asam, potensial elektroda negatif saat ini harus mengelektrolisis air dalam baterai menjadi hidrogen, yang mengakibatkan penipisan elektrolit, yang selanjutnya akan menyebabkan penurunan kinerja baterai.
berita perusahaan terbaru tentang Pengamatan Industri | Pohon Tua dan Bunga Baru——Pengantar Teknologi Baterai Timbal-Karbon dan Analisis Aplikasi Penyimpanan Energi  4
Untuk mengatasi masalah ini, kita dapat menambahkan partikel karbon pada elektroda timbal negatif, yang akan membentuk struktur jaringan konduktif seperti yang ditunjukkan pada gambar di atas.Keuntungan utama dari struktur jaringan ini adalah sebagai berikut:
1.Menyediakan pusat reaksi: pusat reaktif baru terbentuk di permukaan partikel karbon ini;
2.Bentuk jaringan konduktif untuk mengurangi polarisasi;
3. Membentuk jaringan transfer massa yang lebih halus dan seragam untuk mempromosikan kemajuan reaksi elektrokimia yang seragam di permukaan dan di dalam elektroda, sehingga mengurangi efek presipitasi pekat PbSO4 di permukaan;
4. Sebagai bahan heterogen, menghambat pertumbuhan partikel PbSO4 dan membuatnya merata;
5. Melalui efek kapasitif karbon, karakteristik kapasitas dan daya baterai ditingkatkan.
berita perusahaan terbaru tentang Pengamatan Industri | Pohon Tua dan Bunga Baru——Pengantar Teknologi Baterai Timbal-Karbon dan Analisis Aplikasi Penyimpanan Energi  5
Berdasarkan keunggulan di atas, penambahan karbon ke baterai timbal-karbon dapat secara efektif menekan tren sulfasi elektroda negatif, sehingga masa pakai baterai meningkat secara signifikan.Tidak hanya itu, proses produksi baterai timbal-karbon tidak jauh berbeda dengan proses produksi baterai timbal-asam tradisional.Tidak perlu mengubah proses yang matang, dan produksinya mudah untuk mencapai produksi skala besar, terutama untuk baterai penyimpanan energi yang tahan lama dan berbiaya rendah.
Untuk baterai timbal-karbon, ada banyak jenis karbon yang ditambahkan: karbon hitam, karbon aktif, graphene, grafit, serat karbon, dan tabung nano karbon.Dan keunggulan utama/fungsi utama yang dapat disediakan untuk baterai timbal-karbon adalah: 1) Konduksi dan konduksi panas;2) Struktur pori jaringan, yang menyediakan luas permukaan spesifik yang diperlukan untuk reaksi dan kapasitansi lapisan ganda listrik.Dapat dikatakan bahwa pengembangan baterai timbal-karbon telah memberikan ruang bagi keluarga bahan karbon untuk menunjukkan bakat mereka, tetapi bagaimana menemukan keseimbangan antara peningkatan kinerja dan pengendalian biaya mungkin menjadi masalah yang perlu diperhatikan dalam penerapan karbon tingkat lanjut. bahan dalam baterai timbal-karbon .Selain itu, penambahan material karbon juga perlu dikontrol.Penambahan bahan karbon yang terlalu banyak akan menyebabkan serangkaian masalah seperti pelepasan bahan aktif pada pelat.
Fitur Kerja dan Performa
Elektroda negatif baterai timbal-karbon membentuk jaringan partikel logam-karbon timbal yang relatif seragam dan halus.Struktur ini kondusif untuk memperpendek jarak difusi dan meningkatkan keseragaman reaksi, dan karbon itu sendiri memiliki karakteristik konduktivitas dan kapasitansi yang baik.Dibandingkan dengan baterai timbal-asam tradisional, baterai ini memiliki kemampuan start-up suhu rendah yang lebih baik, kemampuan penerimaan muatan, dan kinerja pengisian-pengosongan arus tinggi.
Saat bekerja dengan arus tinggi: bahan karbon kapasitor bertindak sebagai "penyangga".Ketika baterai timbal-karbon bekerja di bawah pengisian dan pengosongan arus tinggi yang sering terjadi secara instan, bahan karbon dengan karakteristik kapasitif terutama melepaskan atau menerima arus.Seperti baterai asam, "sulfasi elektroda negatif" terjadi secara tajam di bawah arus tinggi, yang secara efektif memperpanjang masa pakai baterai;
Ketika bekerja dengan arus rendah: elektroda negatif timbal spons terutama digunakan untuk terus memberikan energi, dan energi yang disimpan dalam karbon sebagai energi kapasitif karena dampak arus tinggi juga akan bereaksi dengan timbal di dekatnya, dan reaksi secara bertahap akan menjadi seragam.
Kepadatan energi & daya dapat ditingkatkan menjadi 40~60Wh/kg, sekitar 300~400W/kg, kinerjanya sudah mendekati kapasitas beberapa baterai lithium, dan yang lebih penting, biayanya masih 0,6~0,8rmb/Wh, rendah Dibandingkan dengan baterai lain seperti baterai litium, baterai ini memiliki keunggulan paling banyak pada saat pengendalian biaya sangat ketat.
Umur panjang, umur siklus panjang dalam kondisi pengisian dan pengosongan yang dangkal (seperti 4500 kali (70% DOD))
Pemosisian Pasar dan Analisis Teknis: Karbon Timbal Vs Baterai Lithium Vs Lainnya?
berita perusahaan terbaru tentang Pengamatan Industri | Pohon Tua dan Bunga Baru——Pengantar Teknologi Baterai Timbal-Karbon dan Analisis Aplikasi Penyimpanan Energi  6
Dalam beberapa tahun terakhir, perkembangan baterai lithium-ion sangat cepat, memberi kesan pada banyak orang bahwa "baterai timbal-asam harus dihilangkan jika terbelakang".Namun, pada kenyataannya, dengan pengenalan dan peningkatan teknologi baterai timbal-karbon, daya saing utamanya: biaya rendah (0,6 ~ 0,8 rmb/Wh) dan masa pakai yang baik membuatnya banyak digunakan dalam penyimpanan energi stasioner, kendaraan listrik berkecepatan rendah, listrik sepeda Dan bidang lainnya telah membuat prestasi besar, menjadi lawan kuat baterai lithium dan teknologi lainnya.
1. Dalam hal penyimpanan energi stasioner, bidang penyimpanan energi seperti penyimpanan energi pembangkit listrik fotovoltaik, penyimpanan energi tenaga angin, dan pengaturan puncak jaringan sering kali mengharuskan baterai memiliki karakteristik kepadatan daya tinggi, umur siklus panjang, dan harga murah.Baterai timbal-karbon memiliki keunggulan kompetitif yang lebih besar pada kesempatan dengan ruang yang luas dan persyaratan biaya tinggi, dan secara relatif, biaya investasi awal relatif rendah.Baterai litium lebih cocok untuk acara yang membutuhkan ruang dan tidak terlalu sensitif terhadap biaya karena kepadatan energinya yang tinggi dan biaya yang tinggi, dan akan lebih dikembangkan dalam acara penyimpanan energi terdistribusi.Dibandingkan dengan teknologi penyimpanan energi lainnya, seperti kapasitor (kepadatan penyimpanan energi yang sangat rendah, yang hanya dapat digunakan untuk penyangga daya) dan baterai aliran (kematangan teknologi sedang, volume yang jauh lebih besar), teknologi timbal-karbon masih memiliki daya saing yang baik pada tahap ini .
berita perusahaan terbaru tentang Pengamatan Industri | Pohon Tua dan Bunga Baru——Pengantar Teknologi Baterai Timbal-Karbon dan Analisis Aplikasi Penyimpanan Energi  7
2. Dalam hal penyimpanan energi transportasi, keunggulan kompetitif utama baterai timbal-karbon adalah biaya rendah, kinerja stabil, dan keamanan yang baik.A. Biaya rendah membuatnya memiliki keunggulan di pasar kelas bawah seperti kendaraan listrik berkecepatan rendah.Meski negara tersebut memiliki ide untuk mempromosikan baterai lithium, bagaimanapun aturan pasar perlu dihormati.B. Performa yang stabil memungkinkan baterai timbal-karbon memberikan perlindungan yang andal dalam kondisi ekstrem seperti suhu tinggi dan rendah.Misalnya, catu daya start-stop mobil harus dapat menghasilkan arus besar pada -20°C, sedangkan kinerja suhu rendah baterai lithium selalu menjadi universalitas.masalah yang sudah lama.C. Keamanan yang baik: Keamanan alat transportasi tidak bisa terlalu ditekankan.Baterai litium memiliki kekurangan dalam hal ini secara objektif, dan baterai timbal-asam-timbal-karbon memiliki keunggulan yang jelas melekat dalam hal ini.
Oleh karena itu, penulis percaya bahwa baterai timbal-karbon akan mempertahankan posisi dominannya di beberapa bidang yang terbagi dalam beberapa tahun terakhir.Meskipun teknologi seperti baterai litium berkembang pesat, masing-masing teknologi baterai ini memiliki kelebihan dan kekurangannya masing-masing, dan tidak ada teknologi penyimpanan energi yang dapat digunakan dalam berbagai skala dan skenario.Sesuai dengan kebutuhan lapangan, memilih aplikasi teknologi penyimpanan energi yang tepat adalah cara yang paling utama.
Epilog:
Baterai timbal-asam adalah teknologi baterai kuno dan praktis.Generasi baru baterai timbal-karbon yang diproduksi dengan memperkenalkan optimalisasi karbon kapasitor telah menjadi pendorong penting bagi teknologi baterai yang luar biasa ini untuk melanjutkan legendanya di era baru.Biaya, stabilitas kinerja, dan keselamatan adalah keunggulan inti dari baterai jenis ini, sehingga masih memiliki daya saing yang baik di bidang penyimpanan energi stasioner dan kendaraan listrik kelas bawah dalam beberapa tahun terakhir.Tentu saja, berbagai teknologi terus meningkat, dan kami juga sangat berharap bahwa teknologi penyimpanan energi yang lebih baru dan lebih baik akan terus muncul dan matang, membawa kemudahan bagi kehidupan kita.