Технология и преимущества свинцово-углеродных аккумуляторов CSPower

Свинцово-углеродная батарея CSPower – технология, преимущества

С развитием общества потребность в аккумуляторных батареях для хранения энергии в различных социальных ситуациях продолжает расти. За последние несколько десятилетий многие аккумуляторные технологии достигли значительного прогресса, и разработка свинцово-кислотных батарей также столкнулась со многими возможностями и проблемами. В этом контексте ученые и инженеры объединили усилия для добавления углерода к отрицательному активному материалу свинцово-кислотных батарей, и так появилась свинцово-углеродная батарея — модернизированная версия свинцово-кислотных батарей.

Свинцово-углеродные аккумуляторы — это усовершенствованная форма регулируемых свинцово-кислотных аккумуляторов, в которых катод изготовлен из углерода, а анод — из свинца. Углерод на углеродном катоде выполняет функцию конденсатора или «суперконденсатора», что обеспечивает быструю зарядку и разрядку, а также увеличенный срок службы на начальном этапе зарядки аккумулятора.

Почему рынку нужны свинцово-углеродные аккумуляторы????

• * Виды отказов плоских свинцово-кислотных аккумуляторов VRLA при интенсивном циклировании.

Наиболее распространенные виды отказов:

– Размягчение или отслоение активного материала. Во время разряда оксид свинца (PbO2) положительной пластины превращается в сульфат свинца (PbSO4), а во время зарядки – обратно в оксид свинца. Частое циклирование снижает сцепление материала положительной пластины из-за большего объема сульфата свинца по сравнению с оксидом свинца.

– Коррозия сетки положительной пластины. Эта коррозионная реакция ускоряется в конце процесса зарядки из-за необходимого присутствия серной кислоты.

– Сульфатирование активного материала отрицательной пластины. Во время разряда свинец (Pb) отрицательной пластины также превращается в сульфат свинца (PbSO4). При низком уровне заряда кристаллы сульфата свинца на отрицательной пластине растут, затвердевают и образуют непроницаемый слой, который не может быть преобразован обратно в активный материал. В результате емкость снижается, пока батарея не становится непригодной для использования.

• * Для перезарядки свинцово-кислотного аккумулятора требуется время.

В идеале свинцово-кислотный аккумулятор следует заряжать со скоростью не более 0,2C, а фаза основной зарядки должна составлять восемь часов абсорбционной зарядки. Увеличение зарядного тока и зарядного напряжения сократит время перезарядки за счет уменьшения срока службы из-за повышения температуры и более быстрой коррозии положительной пластины из-за более высокого зарядного напряжения.

• * Свинцово-углеродные батареи: лучшие характеристики частичного заряда, больше циклов, более длительный срок службы и более высокая эффективность глубокого разряда.

Замена активного материала отрицательной пластины на свинцово-углеродный композит потенциально снижает сульфатацию и улучшает способность отрицательной пластины к приему заряда.

Технология свинцово-углеродных аккумуляторов

Большинство используемых батарей обеспечивают быструю зарядку в течение часа или более. Даже в заряженном состоянии батареи могут продолжать выдавать энергию, что позволяет им работать даже в таком состоянии, увеличивая срок их службы. Однако проблема свинцово-кислотных батарей заключалась в том, что для их разрядки требовалось очень мало времени, а для повторной зарядки — очень много.

Причиной того, что свинцово-кислотные батареи так долго восстанавливали свой первоначальный заряд, были остатки сульфата свинца, которые осаждались на электродах батареи и других внутренних компонентах. Это требовало периодического выравнивания уровня сульфата на электродах и других компонентах батареи. Осаждение сульфата свинца происходит при каждом цикле зарядки и разрядки, а избыток электронов, образующихся в результате осаждения, приводит к образованию водорода и, как следствие, к потере воды. Со временем эта проблема усугубляется, и остатки сульфата начинают образовывать кристаллы, которые ухудшают способность электрода к приему заряда.

Положительный электрод той же батареи показывает хорошие результаты, несмотря на наличие одинаковых осадков сульфата свинца, что ясно указывает на проблему в отрицательном электроде батареи. Для решения этой проблемы ученые и производители добавили углерод в отрицательный электрод (катод) батареи. Добавление углерода улучшает способность батареи к приему заряда, устраняя частичный заряд и старение батареи из-за остатков сульфата свинца. Благодаря добавлению углерода батарея начинает работать как «суперконденсатор», предлагая свои свойства для повышения производительности.

Свинцово-углеродные батареи являются идеальной заменой для применений, где используются свинцово-кислотные батареи, например, в системах с частым запуском и остановками, а также в микро/мягких гибридных системах. Свинцово-углеродные батареи могут быть тяжелее по сравнению с другими типами батарей, но они экономичны, устойчивы к экстремальным температурам и не требуют охлаждения. В отличие от традиционных свинцово-кислотных батарей, эти свинцово-углеродные батареи отлично работают при зарядке от 30 до 70 процентов без риска образования сульфатных отложений. Свинцово-углеродные батареи превосходят свинцово-кислотные батареи по большинству параметров, но, как и суперконденсаторы, они подвержены падению напряжения при разряде.

Строительство дляCSPowerБыстрозаряжаемая свинцово-углеродная батарея глубокого разряда

Характеристики быстрозаряжаемого свинцово-углеродного аккумулятора глубокого разряда

• Сочетает в себе характеристики свинцово-кислотного аккумулятора и суперконденсатора.
• Конструкция с длительным сроком службы, превосходные показатели PSoC и циклической чувствительности.
• Высокая мощность, быстрая зарядка и разрядка.
• Уникальная конструкция сетки и свинцовой пасты.
• Устойчивость к экстремальным температурам
• Способен работать при температурах от -30°C до -60°C.
• l Возможность восстановления после глубокого разряда

Преимущества быстрозаряжаемых свинцово-углеродных аккумуляторов глубокого разряда

Каждая батарея имеет своё предназначение в зависимости от области применения и не может быть однозначно хорошей или плохой.

Свинцово-углеродные батареи, возможно, и не являются самой современной технологией в области аккумуляторных батарей, но они обладают рядом существенных преимуществ, недоступных даже современным аккумуляторным технологиям. Некоторые из этих преимуществ свинцово-углеродных батарей перечислены ниже:

• Меньшее количество сульфатации в случае работы с частичным зарядом.
• Более низкое напряжение заряда, а следовательно, более высокая эффективность и меньшая коррозия положительной пластины.
• В результате увеличивается срок службы изделия.

Испытания показали, что наши свинцово-углеродные аккумуляторы выдерживают как минимум восемьсот циклов разряда при 100% глубине разряда.

Испытания включают ежедневный разряд до 10,8 В с током I = 0,2C₂₀, последующий примерно двухчасовой отдых в разряженном состоянии, а затем перезаряд с током I = 0,2C₂₀.

• l ≥ 1200 циклов при 90% глубине разряда (разряд до 10,8 В с током I = 0,2C₂₀, примерно двухчасовой отдых в разряженном состоянии, а затем перезаряд с током I = 0,2C₂₀)
• l ≥ 2500 циклов при 60% глубины разряда (разряд в течение трех часов при I = 0,2C₂₀, немедленная подзарядка при I = 0,2C₂₀)
• l ≥ 3700 циклов при 40% глубины разряда (разряд в течение двух часов при I = 0,2C₂₀, немедленная подзарядка при I = 0,2C₂₀)
• Благодаря особенностям процесса заряда-разряда, термическое повреждение свинцово-углеродных батарей минимально. Отдельные элементы батарей практически не подвержены риску возгорания, взрыва или перегрева.
• Свинцово-углеродные аккумуляторы идеально подходят как для сетевых, так и для автономных систем. Это качество делает их хорошим выбором для солнечных электроэнергетических систем, поскольку они обладают высокой разрядной способностью.

Свинцово-углеродные батареиVSГерметичные свинцово-кислотные аккумуляторы, гелевые аккумуляторы

• Свинцово-углеродные аккумуляторы лучше работают в состоянии частичного заряда (PSOC). Обычные свинцово-углеродные аккумуляторы работают лучше и служат дольше, если строго придерживаются режима «полный заряд» — «полный разряд» — полный заряд; они плохо реагируют на зарядку в любом состоянии между полным и разряженным. Свинцово-углеродные аккумуляторы лучше работают в более неопределенных диапазонах заряда.
• В свинцово-углеродных батареях используются отрицательные электроды суперконденсаторов. В углеродных батареях используется стандартный положительный электрод свинцового типа и отрицательный электрод суперконденсатора. Именно электрод суперконденсатора является ключом к долговечности углеродных батарей. Стандартный свинцовый электрод со временем подвергается химической реакции при зарядке и разрядке. Отрицательный электрод суперконденсатора уменьшает коррозию положительного электрода, что приводит к увеличению срока службы самого электрода и, следовательно, к увеличению срока службы батарей.
• Свинцово-углеродные аккумуляторы обладают более высокой скоростью зарядки/разрядки. Стандартные свинцово-углеродные аккумуляторы имеют максимальную скорость зарядки/разрядки от 5 до 20% от номинальной емкости, что означает, что вы можете заряжать или разряжать аккумуляторы в течение 5–20 часов без причинения им долговременного вреда. Свинцово-углеродные аккумуляторы теоретически имеют неограниченную скорость зарядки/разрядки.
• Свинцово-угольные аккумуляторы не требуют обслуживания. Аккумуляторы полностью герметичны и не нуждаются в постоянном техническом обслуживании.
• Свинцово-угольные аккумуляторы конкурентоспособны по цене с гелевыми. Гелевые аккумуляторы все еще немного дешевле при покупке, но угольные стоят лишь немного дороже. Текущая разница в цене между гелевыми и угольными аккумуляторами составляет примерно 10-11%. Учитывая, что угольные аккумуляторы служат примерно на 30% дольше, становится понятно, почему они являются более выгодным вариантом.