Connaissance approfondie des batteries plomb-carbone

Qu'est-ce qu'une batterie plomb-carbone ?

La technologie des batteries plomb-carbone est un nouveau type de technologie de stockage d'énergie électrochimique, qui consiste essentiellement en une optimisation de la formulation des batteries plomb-acide. Une batterie plomb-carbone est une batterie fabriquée en ajoutant du carbone à l'électrode négative d'une batterie plomb-acide.

Les batteries plomb-carbone combinent les batteries plomb-acide et les supercondensateurs, en exploitant pleinement les caractéristiques de charge à haute capacité et à court terme des supercondensateurs, tout en conservant les avantages de l'énergie spécifique élevée des batteries plomb-acide, de sorte qu'elles présentent de bonnes performances de charge et de décharge et une longue durée de vie. Outre les avantages en termes de performances, les batteries plomb-carbone présentent également des avantages évidents en termes de durée de vie, de coûts, de sécurité, de performances à basse température et de processus de production et de recyclage.

Analyse du principe de fonctionnement de la batterie plomb-carbone

L'un des principaux problèmes des batteries plomb-acide traditionnelles est la sulfatation de l'électrode négative, c'est-à-dire qu'en mode de décharge à haute vitesse, le plomb spongieux de l'électrode négative réagit rapidement avec le HSO4- pour former du PbSO4. À ce moment-là, en raison du décalage entre l'approvisionnement en HSO4- et en Pb, le taux de nucléation du PbSO4 est trop rapide, de sorte que le PbSO4 généré (isolant par nature) se trouve à la surface de l'électrode négative, ou sous la forme d'énormes particules ;

Le principe de fonctionnement de la batterie plomb-carbone est similaire à celui de la super batterie, qui est un autre type de super batterie. Le matériau en carbone est ajouté à la plaque négative pour tirer parti de la charge instantanée à grande capacité de son supercondensateur, il agit comme un tampon pendant la charge/décharge à haut débit, protégeant efficacement la plaque négative et inhibant le phénomène de "sulfatation".

L'ajout de carbone dans la batterie plomb-carbone inhibe efficacement la tendance à la sulfatation de l'électrode négative, ce qui améliore considérablement la durée de vie de la batterie. De plus, le processus de production de la batterie plomb-carbone n'est pas fondamentalement différent de celui des batteries plomb-acide traditionnelles. Il est facile de parvenir à une production à grande échelle sans modifier le processus aujourd'hui mature, en particulier pour répondre aux exigences de longue durée de vie et de faible coût des batteries de stockage d'énergie.

Caractéristiques de la batterie plomb-carbone

Pour les batteries au plomb, il existe de nombreux types de carbone ajoutés : noir de carbone, charbon actif, graphène, graphite, fibre de carbone et nanotubes de carbone. Les principaux avantages et les principales fonctions qu'ils peuvent apporter à la batterie au plomb sont les suivants :

1) Conductivité électrique et thermique ;
2) La structure des pores du réseau fournit la surface spécifique et la capacité électrique à double couche nécessaires à la réaction.

Toutefois, la recherche d'un équilibre entre l'amélioration des performances et la maîtrise des coûts peut constituer un problème auquel il convient de prêter attention dans l'application des matériaux carbone avancés aux batteries plomb-carbone.

Avantages et inconvénients des batteries plomb-carbone

L'électrode négative de la batterie plomb-carbone forme un réseau relativement uniforme et fin composé de particules de plomb métal-carbone. Cette structure permet de réduire la distance de diffusion et d'améliorer l'uniformité de la réaction.
En outre, le carbone lui-même présente de bonnes caractéristiques de conductivité électrique et de capacité, de sorte que les batteries plomb-carbone ont une meilleure capacité de démarrage à basse température, une meilleure capacité d'acceptation de la charge et une meilleure performance de charge-décharge à courant élevé que les batteries plomb-acide traditionnelles.

Avantage

● La densité d'énergie et de puissance peut être portée à 40~60Wh/kg, 300~400W/kg, la performance est proche de la capacité de certaines batteries au lithium.
● Rentable. Le point le plus critique est que son coût est encore de 0,6~0,8rmb/Wh, ce qui est inférieur à celui d'autres batteries telles que les batteries au lithium, et présente le plus d'avantages dans le cas d'un contrôle strict des coûts.
● Chargement rapide, 8 fois plus rapide que les batteries plomb-acide ordinaires.

● La puissance de décharge est multipliée par 3.
● La durée de vie du cycle est multipliée par 6 et la durée de vie du cycle est longue dans des conditions de charge et de décharge peu profondes (par exemple 4500 fois (70% DOD)).
● La batterie plomb-carbone peut toujours fournir une protection fiable dans des conditions extrêmes telles que des températures élevées et basses, et peut encore fournir une puissance et une capacité relativement fortes à -20℃.
● Son utilisation est sûre et stable, et il peut être largement utilisé dans divers domaines des énergies nouvelles et des économies d'énergie.

Inconvénient

● De grande taille et de poids élevé, il n'est pas adapté aux charges mobiles telles que les véhicules électriques.
● L'efficacité du travail à basse température est faible.

Scénarios d'application de la batterie plomb-carbone

Ces dernières années, le développement des batteries lithium-ion a été très rapide, et le lancement d'une nouvelle génération de batteries lithium-ion a eu lieu. remplacement des piles au lithium par des piles au plomb ont donné à de nombreuses personnes l'impression que les batteries au plomb étaient rétrogrades et devaient être éliminées. Pour une comparaison spécifique, veuillez vous référer à l'article Batterie au plomb et batterie au lithium-ion. Cependant, avec l'introduction et l'amélioration de la technologie des batteries au plomb et au carbone.

Compétitivité de base des batteries au plomb et au carbone : Le faible coût et la longue durée de vie des batteries plomb-carbone en ont fait un concurrent de poids dans les domaines du stockage stationnaire de l'énergie, des véhicules électriques à faible vitesse et des bicyclettes électriques, et elles sont devenues un adversaire de taille pour les batteries au lithium et d'autres technologies.

En ce qui concerne le stockage stationnaire de l'énergie, dans des domaines tels que le stockage de l'énergie dans les centrales photovoltaïques, le stockage de l'énergie éolienne et la régulation des pointes du réseau, les batteries doivent souvent présenter les caractéristiques suivantes : densité de puissance élevée, longue durée de vie et faible prix.

Les batteries au plomb et au carbone présentent des avantages concurrentiels plus importants dans les endroits où l'espace est important et où les exigences en matière de coûts sont élevées ; en outre, le coût de l'investissement unique est relativement faible. Les piles au lithium conviennent mieux aux applications qui nécessitent de l'espace et sont moins sensibles aux coûts en raison de leur haute densité énergétique et de leur coût élevé. Elles seront davantage développées dans les applications de stockage d'énergie distribuée.

Comparée à d'autres technologies de stockage de l'énergie, telles que les condensateurs (la densité de stockage de l'énergie est très faible et ne peut être utilisée que pour le stockage de l'énergie), les batteries à flux (avec une maturité moyenne et un volume manifestement important), la technologie du plomb-carbone est encore bien compétitive à ce stade.

Dernière réflexion

Les batteries au plomb et au carbone ont réussi à maintenir leur position dominante dans certains segments au cours des dernières années. Bien que les technologies telles que les batteries au lithium connaissent une croissance rapide, elles ont leurs propres avantages et inconvénients, et aucune technologie de stockage de l'énergie ne peut s'imposer à toutes les échelles et dans tous les scénarios. En fonction des besoins du terrain, c'est la meilleure façon de choisir l'application appropriée de la technologie de stockage de l'énergie.