Технология и преимущества свинцово-углеродных аккумуляторов CSPower

Свинцово-углеродный аккумулятор CSPower – технология, преимущества

С развитием общества требования к аккумуляторным батареям для различных социальных задач продолжают расти. За последние несколько десятилетий многие технологии аккумуляторов значительно продвинулись вперёд, и разработка свинцово-кислотных аккумуляторов столкнулась с множеством возможностей и трудностей. В этом контексте учёные и инженеры работали вместе над добавлением углерода в отрицательно активный материал свинцово-кислотных аккумуляторов, что привело к появлению свинцово-углеродных аккумуляторов – усовершенствованной версии свинцово-кислотных.

Свинцово-углеродные аккумуляторы — это усовершенствованная версия свинцово-кислотных аккумуляторов с клапанным регулированием, в которых катод изготовлен из углерода, а анод — из свинца. Углерод на углеродном катоде выполняет функцию конденсатора или «суперконденсатора», обеспечивая быструю зарядку и разрядку, а также длительный срок службы на начальном этапе зарядки аккумулятора.

Почему рынку нужны свинцово-углеродные аккумуляторы???

• * Виды отказов свинцово-кислотных аккумуляторов типа VRLA с плоскими пластинами при интенсивной циклической работе

Наиболее распространенные виды отказов:

– Размягчение или осыпание активного материала. Во время разряда оксид свинца (PbO2) положительной пластины превращается в сульфат свинца (PbSO4), а во время заряда – обратно в оксид свинца. Частые циклы снижают сцепление материала положительной пластины из-за большего объёма сульфата свинца по сравнению с оксидом свинца.

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

– Сульфатация 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 разрастаются и затвердевают, образуя непроницаемый слой, который невозможно преобразовать в активный материал. В результате ёмкость аккумулятора снижается, вплоть до полного выхода его из строя.

• * Для зарядки свинцово-кислотного аккумулятора требуется время.

В идеале свинцово-кислотный аккумулятор следует заряжать током не более 0,2С, а фаза основного заряда должна включать восемь часов абсорбционного заряда. Увеличение зарядного тока и напряжения сократит время зарядки за счёт уменьшения срока службы из-за повышения температуры и ускоренной коррозии положительной пластины из-за более высокого зарядного напряжения.

• * Свинцово-углеродные: улучшенные характеристики при частичном заряде, больше циклов, длительный срок службы и более высокая эффективность при глубоком цикле

Замена активного материала отрицательной пластины свинцово-углеродным композитом потенциально снижает сульфатацию и улучшает принятие заряда отрицательной пластиной.

Технология свинцово-углеродных аккумуляторов

Большинство используемых аккумуляторов обеспечивают быструю зарядку в течение часа или более. Даже находясь в заряженном состоянии, аккумуляторы могут выдавать энергию, что позволяет им работать даже при повышенном уровне заряда. Однако проблема свинцово-кислотных аккумуляторов заключалась в том, что они очень быстро разряжались и очень долго заряжались.

Причиной того, что свинцово-кислотным аккумуляторам требовалось так много времени для восстановления первоначального заряда, были остатки сульфата свинца, осаждавшиеся на электродах и других внутренних компонентах аккумулятора. Это требовало периодического выравнивания уровня сульфата свинца на электродах и других компонентах аккумулятора. Осаждение сульфата свинца происходит при каждом цикле зарядки и разрядки, а избыток электронов, возникающий в результате осаждения, приводит к образованию водорода, что приводит к потере воды. Со временем эта проблема усугубляется, и остатки сульфата начинают образовывать кристаллы, которые снижают способность электрода принимать заряд.

Положительный электрод той же батареи даёт хорошие результаты, несмотря на наличие тех же осадков сульфата свинца, что ясно указывает на то, что проблема кроется в отрицательном электроде батареи. Чтобы решить эту проблему, учёные и производители решили её, добавив углерод к отрицательному электроду (катод) батареи. Добавление углерода улучшает способность батареи принимать заряд, устраняя частичный заряд и старение батареи из-за остатков сульфата свинца. Благодаря добавлению углерода батарея начинает вести себя как «суперконденсатор», обеспечивая лучшую производительность.

Свинцово-углеродные аккумуляторы являются идеальной заменой для приложений, требующих свинцово-кислотных аккумуляторов, например, в системах с частым старт-стопным режимом и в микро-/мягких гибридных системах. Свинцово-углеродные аккумуляторы могут быть тяжелее других типов аккумуляторов, но они экономичны, устойчивы к экстремальным температурам и не требуют систем охлаждения. В отличие от традиционных свинцово-кислотных аккумуляторов, эти свинцово-углеродные аккумуляторы отлично работают при заряде от 30 до 70 процентов емкости, не опасаясь сульфатных осадков. Свинцово-углеродные аккумуляторы превзошли свинцово-кислотные по большинству функций, но, как и суперконденсаторы, страдают от падения напряжения при разряде.

Строительство дляCSPowerСвинцово-углеродный аккумулятор с быстрой зарядкой и глубоким циклом

Характеристики быстрозарядного свинцово-углеродного аккумулятора глубокого цикла

• l Сочетание характеристик свинцово-кислотного аккумулятора и суперконденсатора
• l Длительный жизненный цикл, отличная надежность и циклическая производительность
• l Высокая мощность, быстрая зарядка и разрядка
• l Уникальный дизайн сетки и свинцовой вставки
• l Устойчивость к экстремальным температурам
• l Возможность работы при температуре от -30°C до -60°C
• l Возможность восстановления после глубокого разряда

Преимущества быстрой зарядки свинцово-углеродных аккумуляторов глубокого цикла

Каждая батарея имеет свое предназначение в зависимости от сферы ее применения и не может быть однозначно признана хорошей или плохой.

Свинцово-углеродные аккумуляторы, возможно, и не являются самой современной технологией, но они обладают рядом существенных преимуществ, которые не могут предложить даже современные технологии. Некоторые из этих преимуществ свинцово-углеродных аккумуляторов перечислены ниже:

• l Меньше сульфатации при работе в состоянии частичной зарядки.
• l Более низкое напряжение заряда и, следовательно, более высокая эффективность и меньшая коррозия положительной пластины.
• l И общий результат — улучшение жизненного цикла.

Испытания показали, что наши свинцово-углеродные аккумуляторы выдерживают не менее восьмисот 100% циклов DoD.

Испытания состоят из ежедневного разряда до 10,8 В при I = 0,2C₂₀, приблизительно двухчасового отдыха в разряженном состоянии и последующей перезарядки при I = 0,2C₂₀.

• l ≥ 1200 циклов при 90% глубине разряда (разряд до 10,8 В при I = 0,2C₂₀, примерно два часа отдыха в разряженном состоянии, а затем перезаряд при I = 0,2C₂₀)
• l ≥ 2500 циклов при 60% глубине разряда (разряд в течение трех часов при I = 0,2C₂₀, немедленный перезаряд при I = 0,2C₂₀)
• l ≥ 3700 циклов при 40% глубине разряда (разряд в течение двух часов при I = 0,2C₂₀, немедленный перезаряд при I = 0,2C₂₀)
• l В свинцово-угольных аккумуляторах термическое повреждение минимально благодаря их зарядно-разрядным свойствам. Отдельные элементы аккумуляторов практически не подвержены риску возгорания, взрыва или перегрева.
• Свинцово-углеродные аккумуляторы идеально подходят для использования как в сетевых, так и в автономных системах. Это качество делает их отличным выбором для солнечных электростанций, поскольку они обеспечивают высокий ток разряда.

Свинцово-углеродные батареиVSГерметичные свинцово-кислотные аккумуляторы, гелевые аккумуляторы

• Свинцово-углеродные аккумуляторы лучше работают в состояниях частичного заряда (PSOC). Обычные свинцовые аккумуляторы работают лучше и служат дольше, если соблюдается строгий режим «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 областях заряда.
• В свинцово-углеродных аккумуляторах используются отрицательные электроды на основе суперконденсаторов. В угольных аккумуляторах используются стандартный свинцовый положительный электрод и отрицательный электрод на основе суперконденсатора. Этот электрод на основе суперконденсатора является ключом к долговечности угольных аккумуляторов. Стандартный свинцовый электрод вступает в химическую реакцию с течением времени при зарядке и разрядке. Отрицательный электрод на основе суперконденсатора снижает коррозию положительного электрода, что продлевает срок службы самого электрода, что, в свою очередь, увеличивает срок службы аккумуляторов.
• Свинцово-углеродные аккумуляторы обладают более высокой скоростью заряда/разряда. Стандартные свинцово-углеродные аккумуляторы имеют скорость заряда/разряда от 5 до 20% от номинальной ёмкости, что позволяет заряжать и разряжать аккумуляторы от 5 до 20 часов без долгосрочного повреждения. Угле-свинцовые аккумуляторы теоретически имеют неограниченную скорость заряда/разряда.
• Свинцово-угольные аккумуляторы не требуют обслуживания. Аккумуляторы полностью герметичны и не требуют активного обслуживания.
• Свинцово-углеродные аккумуляторы конкурентоспособны по цене с гелевыми. Гелевые аккумуляторы всё ещё немного дешевле при покупке, но угольные стоят лишь немного дороже. Текущая разница в цене между гелевыми и углеродными аккумуляторами составляет примерно 10–11%. Учтите, что углеродные аккумуляторы служат примерно на 30% дольше, и вы поймёте, почему это более выгодный вариант.