Quan sát ngành | Cây cổ thụ và hoa mới——Giới thiệu về công nghệ pin chì-cacbon và phân tích các ứng dụng lưu trữ năng lượng

January 11, 2023

tin tức mới nhất của công ty về Quan sát ngành | Cây cổ thụ và hoa mới——Giới thiệu về công nghệ pin chì-cacbon và phân tích các ứng dụng lưu trữ năng lượng
Cây cổ thụ: Pin carbon chì
Ắc quy chì-axit là một sản phẩm kỳ cựu trong ngành công nghiệp ắc quy.Nó được phát minh bởi người Pháp G.plante vào năm 1859 và có lịch sử hơn 150 năm.Không chỉ vậy, nguyên lý hoạt động chính của ắc quy chì-axit hầu như không thay đổi trong những năm này, có thể nói là kỳ cựu trong ngành ắc quy.Vật liệu hoạt động tích cực của pin chì-axit thông thường là oxit chì (PbO2) và vật liệu hoạt động tiêu cực là chì (Pb), được gắn vào lưới.Pin chì-axit sử dụng dung dịch axit sunfuric làm chất điện phân, có cấu trúc đơn giản và dễ sử dụng.
tin tức mới nhất của công ty về Quan sát ngành | Cây cổ thụ và hoa mới——Giới thiệu về công nghệ pin chì-cacbon và phân tích các ứng dụng lưu trữ năng lượng  0
Cơ chế phản ứng sạc và xả như sau:
tin tức mới nhất của công ty về Quan sát ngành | Cây cổ thụ và hoa mới——Giới thiệu về công nghệ pin chì-cacbon và phân tích các ứng dụng lưu trữ năng lượng  1
Ắc quy chì-axit là một trong những loại ắc quy được sử dụng phổ biến nhất trong hơn một trăm năm qua, chủ yếu là do một số ưu điểm nổi bật:
1.Chi phí thấp: chỉ 0,6~0,7rmb/Wh;
2. Quá trình chuẩn bị rất đơn giản: thiết bị chuẩn bị và đầu tư nhà máy không lớn, nhỏ hơn nhiều so với pin lithium;
3. Tương đối an toàn: khả năng cháy nổ rất thấp;
4. Khả năng thích ứng với môi trường mạnh mẽ: nó có phạm vi hoạt động rộng và sự thay đổi hiệu suất theo nhiệt độ không mạnh bằng pin lithium-ion và các yêu cầu đối với hệ thống kiểm soát nhiệt độ thấp hơn;
5. Dễ dàng tái chế và tái sử dụng: Việc tái chế các vật liệu hoạt động từ pin axit-chì thải tương đối dễ dàng;
6. Công nghệ hoàn thiện, ổn định và đáng tin cậy: Công nghệ có lịch sử hơn 100 năm có kinh nghiệm sử dụng phong phú và đáng tin cậy. Tuy nhiên, pin axit-chì truyền thống luôn có những vấn đề nổi bật.
1. Vấn đề tuổi thọ: Theo truyền thống, chỉ có vài trăm tuổi thọ;
2. Vấn đề làm việc ở công suất cao: Trong điều kiện làm việc tốc độ cao trên 0,5C, xảy ra "hiện tượng sunfat hóa" và sự suy giảm tăng tốc, đây cũng là nguyên nhân gốc rễ dẫn đến tuổi thọ kém của pin axit-chì;
3. Mật độ năng lượng không cao: chỉ 20 ~ 40Wh / kg, vì vậy hầu hết các trường hợp có mật độ năng lượng cao đều chọn pin lithium, đây cũng là một lý do quan trọng khiến pin lithium tăng mạnh trong những năm gần đây;
4. Tái chế và tái sử dụng: Mặc dù việc tái chế ắc quy axit chì không khó nhưng việc tái chế ắc quy axit chì còn nhiều bất thường do cơ chế tái chế chưa hợp lý và ý thức bảo vệ môi trường của người dân chưa cao cũng là nguyên nhân. lãng phí tài nguyên và ô nhiễm môi trường.
Với sự tiến bộ của xã hội, các yêu cầu về lưu trữ năng lượng pin trong các dịp xã hội khác nhau không ngừng tăng lên.Trong vài thập kỷ qua, nhiều công nghệ pin đã đạt được những tiến bộ vượt bậc và sự phát triển của pin axit-chì cũng gặp phải nhiều cơ hội và thách thức.Trong bối cảnh đó, với nỗ lực của các nhà khoa học và kỹ sư, carbon được thêm vào vật liệu hoạt động điện cực âm của pin axit-chì và pin chì-carbon—một phiên bản nâng cấp của pin axit-chì này—ra đời.
 
Hoa mới: Pin Carbon chì
Vấn đề lớn nhất với pin axit-chì truyền thống là hiệu ứng sunfat hóa của điện cực âm sau thời gian dài sử dụng ở dòng điện cao, gây ra hỏng hóc vật liệu và giảm công suất đột ngột.Đồng thời, mọi người đã thấy rất nhiều tin tức lớn về tiến độ pin, chẳng hạn như sạc trong 7 giây.Trên thực tế, những tin tức này đều nói về siêu tụ điện, thứ vốn có tốc độ sạc nhanh chứ không phải pin.Không khó để nhận thấy rằng sự cố chập mạch của pin axit-chì (sạc và xả nhanh) chính là tình huống mà cơ chế điện dung xử lý tốt hơn.Do đó, có người nghĩ rằng việc thêm than hoạt tính vào điện cực âm của pin chì-axit có thể kết hợp các ưu điểm của tụ điện và pin.
Trên thực tế, có thể sử dụng song song siêu tụ điện với pin axit-chì (cách sử dụng này có thể được gọi là "song song bên ngoài", tức là pin và tụ điện được tích hợp cơ học song song như hai thành phần độc lập).Đối với pin chì-cacbon, tình huống lúc này trở thành "pin axit-chì kết hợp siêu tụ điện carbon", tức là tích hợp các ưu điểm của công suất riêng cao và tuổi thọ lâu dài của tụ điện hai lớp điện vào trong pin axit-chì, sức mạnh và năng lượng cụ thể được cải thiện, và tuổi thọ pin được kéo dài, do đó, nó còn được gọi là "siêu pin" ở một số nơi.
Vật liệu hoạt động điện cực âm của pin axit-chì thông thường là chì (Pb), trong khi ở pin chì-cacbon, điện cực âm được thay đổi từ Pb nguyên chất thành vật liệu cacbon (C) với đặc tính điện dung hai lớp + chì xốp đặc trưng của pin ( Thành phần hỗn hợp Pb Điện cực âm hỗn hợp chức năng kép, tức là điện cực âm chì-cacbon (Chì-cacbon), sau đó được ghép với điện cực dương PbO2 để tạo thành pin chì-cacbon.Nói chung, sự thay đổi của pin chì-cacbon chủ yếu xuất hiện trên điện cực âm và sự thay đổi trong dung dịch điện cực và điện cực dương không lớn.Có thể nói, pin chì-cacbon có thể nói là bông hoa mới nở trên cây cũ của pin axit-chì, và đã tạo ra nhiều kết quả ứng dụng tốt trong những năm gần đây.Về vấn đề này, carbon được thêm vào đương nhiên sẽ được ghi nhận.
tin tức mới nhất của công ty về Quan sát ngành | Cây cổ thụ và hoa mới——Giới thiệu về công nghệ pin chì-cacbon và phân tích các ứng dụng lưu trữ năng lượng  2
Hiện nay, nhiều công ty pin trong và ngoài nước đang sản xuất pin chì-cacbon.Các công ty đại diện bao gồm Furukawa, Ecoult, East Penn và Axion của Nhật Bản, và Sacred Sun, Shuangdeng, Nandu và C&D trong nước.

Phân tích nguyên lý làm việc của pin chì-carbon
Một trong những vấn đề cốt lõi của pin axit-chì truyền thống là quá trình sunfat hóa của điện cực âm, nghĩa là ở chế độ phóng điện tốc độ cao, chì xốp trên điện cực âm phản ứng nhanh với HSO4- để tạo thành PbSO4.Lúc này do cặp chất phản ứng HSO4- và Pb Nguồn cung cấp PbSO4 không tương xứng khiến tốc độ tạo mầm của PbSO4 quá nhanh khiến PbSO4 sinh ra (có tính chất cách điện) “dán” lên bề mặt bản cực âm. điện cực, hoặc tạo ra các hạt cực lớn;Tạo đồng nhất bên trong tấm âm bản, hoặc chỉ tạo PbSO4 mịn, đồng nhất và dễ khử trên bề mặt.
tin tức mới nhất của công ty về Quan sát ngành | Cây cổ thụ và hoa mới——Giới thiệu về công nghệ pin chì-cacbon và phân tích các ứng dụng lưu trữ năng lượng  3
Lớp tích tụ PbSO4 hoặc PbSO4 dạng hạt lớn được hình thành trên bề mặt làm giảm đáng kể diện tích bề mặt hiệu quả và các vật liệu cần thiết cho quá trình truyền và phản ứng điện tử, làm cho các phản ứng tiếp theo trở nên khó khăn hơn, do đó làm cho phần bên trong của tấm âm trở thành khu vực "chết".Khi sạc, do lớp PbSO4 bề mặt cản trở phản ứng cơ thể của pin chì-axit, điện thế của điện cực âm lúc này phải điện phân nước trong pin thành hydro, dẫn đến cạn kiệt chất điện phân, điều này sẽ tiếp tục xảy ra. dẫn đến suy giảm hiệu suất của pin.
tin tức mới nhất của công ty về Quan sát ngành | Cây cổ thụ và hoa mới——Giới thiệu về công nghệ pin chì-cacbon và phân tích các ứng dụng lưu trữ năng lượng  4
Để giải quyết vấn đề này, chúng ta có thể thêm các hạt carbon vào điện cực âm chì, chúng sẽ tạo thành cấu trúc mạng dẫn điện như trong hình trên.Những ưu điểm chính của cấu trúc mạng này như sau:
1. Cung cấp các trung tâm phản ứng: các trung tâm phản ứng mới được hình thành trên bề mặt của các hạt carbon này;
2.Tạo thành một mạng dẫn điện để giảm phân cực;
3. Hình thành mạng lưới truyền khối mịn và đồng đều hơn để thúc đẩy tiến trình đồng đều của các phản ứng điện hóa trên bề mặt và bên trong điện cực, do đó làm giảm hiệu ứng kết tủa đậm đặc của PbSO4 trên bề mặt;
4.Là một vật liệu không đồng nhất, nó cản trở sự phát triển của các hạt PbSO4 và làm cho chúng phân bố đều;
5. Thông qua hiệu ứng điện dung của carbon, dung lượng và đặc tính năng lượng của pin được cải thiện.
tin tức mới nhất của công ty về Quan sát ngành | Cây cổ thụ và hoa mới——Giới thiệu về công nghệ pin chì-cacbon và phân tích các ứng dụng lưu trữ năng lượng  5
Dựa trên những ưu điểm trên, việc bổ sung carbon vào pin chì-carbon có thể ngăn chặn hiệu quả xu hướng sunfat hóa của điện cực âm, do đó tuổi thọ của pin được cải thiện đáng kể.Không chỉ vậy, quy trình sản xuất pin chì-cacbon về cơ bản không khác nhiều so với quy trình sản xuất pin axit-chì truyền thống.Nó không cần phải thay đổi quy trình trưởng thành và việc sản xuất dễ dàng đạt được sản xuất quy mô lớn, đặc biệt là đối với các yêu cầu về tuổi thọ cao và chi phí thấp của pin lưu trữ năng lượng.
Đối với pin chì-cacbon, có nhiều loại cacbon được thêm vào: muội than, than hoạt tính, graphene, than chì, sợi cacbon và ống nano cacbon.Và những ưu điểm/chức năng chính của chúng có thể được cung cấp cho pin chì-cacbon là: 1) Dẫn nhiệt và dẫn nhiệt;2) Cấu trúc lỗ mạng, cung cấp diện tích bề mặt cụ thể cần thiết cho phản ứng và điện dung hai lớp điện.Có thể nói, sự phát triển của pin chì-cacbon đã tạo cơ hội cho dòng vật liệu cacbon thể hiện tài năng của mình, nhưng làm thế nào để tìm được sự cân bằng giữa cải thiện hiệu suất và kiểm soát chi phí có thể là một vấn đề cần được quan tâm trong ứng dụng cacbon tiên tiến. vật liệu trong pin chì-cacbon .Ngoài ra, việc bổ sung vật liệu carbon cũng cần được kiểm soát.Việc bổ sung quá nhiều vật liệu carbon sẽ dẫn đến một loạt vấn đề chẳng hạn như sự bong tróc của các vật liệu hoạt tính trên tấm.
Tính năng làm việc và hiệu suất
Điện cực âm của pin chì-cacbon tạo thành một mạng lưới tương đối đồng nhất và mịn gồm các hạt chì-cacbon kim loại.Cấu trúc này có lợi cho việc rút ngắn khoảng cách khuếch tán và cải thiện tính đồng nhất của phản ứng, và bản thân carbon có đặc tính dẫn điện và điện dung tốt.So với pin axit-chì truyền thống, nó có khả năng khởi động ở nhiệt độ thấp tốt hơn, khả năng chấp nhận sạc và hiệu suất phóng điện cao.
Khi làm việc với dòng điện cao: vật liệu carbon của tụ điện đóng vai trò là "bộ đệm".Khi pin chì-carbon hoạt động trong điều kiện sạc và xả dòng điện cao tức thời thường xuyên, vật liệu carbon có đặc tính điện dung chủ yếu giải phóng hoặc nhận dòng điện.Giống như pin axit, "sự sunfat hóa điện cực âm" xảy ra mạnh dưới dòng điện cao, giúp kéo dài tuổi thọ của pin một cách hiệu quả;
Khi làm việc với dòng điện thấp: điện cực âm chì xốp được sử dụng chủ yếu để cung cấp năng lượng liên tục và năng lượng được lưu trữ trong carbon dưới dạng năng lượng điện dung do tác động của dòng điện cao cũng sẽ phản ứng với chì gần đó và phản ứng sẽ dần trở nên đồng nhất.
Mật độ năng lượng & năng lượng có thể tăng lên 40 ~ 60Wh/kg, khoảng 300 ~ 400W/kg, hiệu suất đã gần bằng công suất của một số loại pin lithium và quan trọng hơn là giá thành của nó vẫn ở mức 0,6 ~ 0,8rmb/Wh, thấp So với các loại pin khác như pin lithium, nó có nhiều lợi thế nhất trong những trường hợp kiểm soát chi phí nghiêm ngặt.
Tuổi thọ cao, vòng đời dài trong điều kiện sạc và xả nông (chẳng hạn như 4500 lần (70% DOD))
Định vị thị trường và phân tích kỹ thuật: Chì Carbon Vs Pin Lithium Vs Khác?
tin tức mới nhất của công ty về Quan sát ngành | Cây cổ thụ và hoa mới——Giới thiệu về công nghệ pin chì-cacbon và phân tích các ứng dụng lưu trữ năng lượng  6
Trong những năm gần đây, sự phát triển của pin lithium-ion rất nhanh, khiến nhiều người có ấn tượng rằng "pin chì-axit nên bị loại bỏ nếu chúng lạc hậu".Tuy nhiên, trên thực tế, với sự ra đời và cải tiến của công nghệ pin chì-cacbon, khả năng cạnh tranh cốt lõi của nó: chi phí thấp (0,6 ~ 0,8rmb/Wh) và tuổi thọ tốt khiến nó được sử dụng rộng rãi trong lưu trữ năng lượng cố định, xe điện tốc độ thấp, điện xe đạp Và các lĩnh vực khác đã đạt được những thành tựu to lớn, trở thành đối thủ mạnh của pin lithium và các công nghệ khác.
1. Về lưu trữ năng lượng cố định, các lĩnh vực lưu trữ năng lượng như lưu trữ năng lượng của nhà máy quang điện, lưu trữ năng lượng từ năng lượng gió và điều chỉnh đỉnh lưới thường yêu cầu pin phải có các đặc tính về mật độ năng lượng cao, tuổi thọ dài và giá thấp.Pin chì-cacbon có lợi thế cạnh tranh lớn hơn trong những trường hợp có không gian rộng rãi và yêu cầu chi phí cao, và nói một cách tương đối, chi phí đầu tư ban đầu tương đối thấp.Pin lithium phù hợp hơn cho những trường hợp cần không gian và ít nhạy cảm về chi phí hơn do mật độ năng lượng cao và chi phí cao, đồng thời sẽ được phát triển nhiều hơn trong các trường hợp lưu trữ năng lượng phân tán.So với các công nghệ lưu trữ năng lượng khác, chẳng hạn như tụ điện (mật độ lưu trữ năng lượng rất thấp, chỉ có thể được sử dụng để đệm điện) và pin lưu lượng (sự trưởng thành của công nghệ trung bình, khối lượng lớn hơn đáng kể), công nghệ chì-cacbon vẫn có khả năng cạnh tranh tốt ở giai đoạn này .
tin tức mới nhất của công ty về Quan sát ngành | Cây cổ thụ và hoa mới——Giới thiệu về công nghệ pin chì-cacbon và phân tích các ứng dụng lưu trữ năng lượng  7
2. Về lưu trữ năng lượng vận chuyển, lợi thế cạnh tranh chính của pin chì-cacbon là chi phí thấp, hiệu suất ổn định và an toàn tốt.A. Chi phí thấp khiến nó có lợi thế trong thị trường cấp thấp như xe điện tốc độ thấp.Mặc dù quốc gia này có ý tưởng thúc đẩy pin lithium nhưng xét cho cùng, quy luật thị trường cần được tôn trọng.B. Hiệu suất ổn định cho phép pin chì-cacbon cung cấp khả năng bảo vệ đáng tin cậy trong các điều kiện khắc nghiệt như nhiệt độ cao và thấp.Ví dụ, bộ nguồn khởi động-dừng của ô tô phải có khả năng tạo ra dòng điện lớn ở -20°C, trong khi hiệu suất ở nhiệt độ thấp của pin lithium luôn là phổ biến.vấn đề lâu dài.C. An toàn tốt: Không thể quá chú trọng đến sự an toàn của các công cụ vận chuyển.Về mặt khách quan, pin lithium có những thiếu sót về mặt này và pin chì-axit-chì-cacbon có những ưu điểm rõ ràng vốn có về mặt này.
Do đó, tác giả tin rằng pin chì-carbon sẽ duy trì vị trí thống trị trong một số lĩnh vực được phân chia trong những năm gần đây.Mặc dù các công nghệ như pin lithium đang phát triển nhanh chóng, nhưng mỗi công nghệ pin này đều có những ưu điểm và nhược điểm riêng và không có công nghệ lưu trữ năng lượng nào có thể được sử dụng ở nhiều quy mô và tình huống khác nhau.Theo nhu cầu của lĩnh vực này, việc lựa chọn ứng dụng công nghệ lưu trữ năng lượng phù hợp là cách tối ưu.
Phần kết:
Pin chì-axit là một công nghệ pin cổ xưa và thiết thực.Thế hệ pin chì-cacbon mới được sản xuất bằng cách giới thiệu tính năng tối ưu hóa của tụ điện cacbon đã trở thành động lực quan trọng giúp công nghệ pin tuyệt vời này tiếp tục huyền thoại của nó trong kỷ nguyên mới.Chi phí, hiệu suất ổn định và an toàn là những ưu điểm cốt lõi của loại pin này, vì vậy nó vẫn sẽ có khả năng cạnh tranh tốt trong lĩnh vực lưu trữ năng lượng cố định và xe điện giá rẻ trong những năm gần đây.Tất nhiên, các công nghệ khác nhau không ngừng được cải tiến và chúng tôi cũng háo hức mong đợi rằng nhiều công nghệ lưu trữ năng lượng mới hơn, tốt hơn sẽ tiếp tục xuất hiện và hoàn thiện, mang lại sự tiện lợi cho cuộc sống của chúng ta.