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g-C_(3)N_(4)/Pb复合材料制备及其在铅炭电池负极材料中的应用

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复合材料学报 2023年第3期40卷 1541-1551页

作者：谢发之张道德杨少华宋恒帅张梦方亮邵永刚安徽建筑大学材料与化学工程学院合肥230601 安徽艾克瑞德科技有限公司黄山242700

为改善铅炭电池的析氢缺陷,提高电池循环使用寿命,以尿素为前驱体制备层状石墨相氮化碳(g-C_(3)N_(4)),并将其作为添加剂制备铅炭电池负极板,以活性炭(AC)为对照,研究了g-C_(3)N_(4)结构和添加量对铅炭电池电化学性能的影响。结果表明:g... 详细信息

为改善铅炭电池的析氢缺陷,提高电池循环使用寿命,以尿素为前驱体制备层状石墨相氮化碳(g-C_(3)N_(4)),并将其作为添加剂制备铅炭电池负极板,以活性炭(AC)为对照,研究了g-C_(3)N_(4)结构和添加量对铅炭电池电化学性能的影响。结果表明:g-C_(3)N_(4)的加入使析氢反应(HER)得到明显抑制,-1.5 V下1wt%gC_(3)N_(4)负极板的析氢电流仅为AC负极板的5%。交流阻抗谱图显示1wt%g-C_(3)N_(4)和AC负极材料阻抗(Rs)为0.19868Ω和1.749Ω。更重要的是1wt%g-C_(3)N_(4)负极板比电容比1wt%AC负极板高344%。在5 000 h高倍率部分荷电态(HRPSoC)下的电池循环寿命测试中,加入g-C_(3)N_(4)后电池寿命比加入AC提升62%。500次循环后,电池容量保持率仍有70%。g-C_(3)N_(4)可有效抑制析氢反应,提高比电容从而延长电池循环寿命,且成本低廉,可作为一种新的负极添加剂来改善铅炭电池性能。

关键词：铅炭电池负极添加剂石墨相氮化碳(g-C_(3)N_(4)) 析氢缺陷循环寿命析氢反应(HER)

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铅炭电池实时平抑光伏电站功率波动的方法

电网技术 2018年第5期42卷 1518-1525页

作者：林达赵波李鹏吴贤章汪湘晋张雪松顾益娜国网浙江省电力有限公司电力科学研究院浙江省杭州市310014 浙江南都电源动力股份有限公司浙江省杭州市311305

随着光伏在电力系统中的渗透率不断上升,天气变化引起的光伏功率波动会对系统造成一定的影响。在光伏电站并网点集成储能电池系统对光伏功率波动进行平抑以减少其对电力系统的影响已经成为研究热点。基于改进的电池寿命模型,提出了一种... 详细信息

随着光伏在电力系统中的渗透率不断上升,天气变化引起的光伏功率波动会对系统造成一定的影响。在光伏电站并网点集成储能电池系统对光伏功率波动进行平抑以减少其对电力系统的影响已经成为研究热点。基于改进的电池寿命模型,提出了一种新型的实时平抑光伏电站功率波动的控制方法。当光伏功率变化率超过功率波动约束,利用储能电池将目标变化率调节成与电池荷电状态（SOC）和光伏功率变化率相关的自适应反比例函数值;当光伏功率变化率小于功率波动约束时,通过下垂调节方式控制储能电池功率使目标变化率稳定在期望的范围之内;同时加入了SOC反馈调节机制,将SOC调节在设定的范围中。该方法在提高功率波动平抑指标的同时,延长了电池的使用寿命,并且通过实际算例验证了该方法的有效性和优越性。

关键词：储能系统铅炭电池平抑波动储能寿命反馈调节

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铅炭电池技术发展及储能应用的思考

中国有色冶金 2024年第3期53卷 1-6页

作者：刘诚苟海鹏陈宋璇陈学刚中国恩菲工程技术有限公司北京100038

目前,铅酸电池存在能量密度低、循环寿命短、电池体积和重量大等缺点,因此在国内储能领域的应用占比较低。铅炭电池是炭材料改性负极的改进型铅蓄电池,相比铅酸蓄电池可以有效延缓失效现象,循环寿命有较好提升。由于铅炭电池具备原材料... 详细信息

目前,铅酸电池存在能量密度低、循环寿命短、电池体积和重量大等缺点,因此在国内储能领域的应用占比较低。铅炭电池是炭材料改性负极的改进型铅蓄电池,相比铅酸蓄电池可以有效延缓失效现象,循环寿命有较好提升。由于铅炭电池具备原材料成本低、回收率高、安全性高等其他电池不可替代的优势,更适用于大规模和长时储能。在再生铅产业良性发展的时代背景下,发挥铅炭电池技术优势,扩大铅炭电池生产,拓展储能领域应用,是优化能源调峰及储用,优化局域能源结构的重要发展方向。未来,在以沙漠、戈壁、荒漠地区为重点的大型风电光伏基地建设开展新型铅炭电池储能试点示范,同时配套建设铅冶炼企业和铅炭电池产业链,有望实现原料端—冶炼端—深加工端—应用需求端—综合回收端的全产业链闭环。

关键词：铅酸电池铅炭电池储能技术循环寿命储能大小

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铅炭电池正极失效行为研究

高电压技术 2018年第7期44卷 2247-2253页

作者：杨俊刘皓陈凯伦汪浩刘晶冰杨凯北京工业大学材料学院北京100124 中国电力科学研究院有限公司北京100192

为研究铅炭电池（LCB）正极失效行为及高温环境的影响,对成品铅炭电池进行不同温度下的电化学循环测试以研究温度对其性能的影响。而后解剖失效前后的铅炭电池,并对其正极板进行X射线衍射、扫描电镜、电子能谱等表征分析来研究正极失效... 详细信息

为研究铅炭电池（LCB）正极失效行为及高温环境的影响,对成品铅炭电池进行不同温度下的电化学循环测试以研究温度对其性能的影响。而后解剖失效前后的铅炭电池,并对其正极板进行X射线衍射、扫描电镜、电子能谱等表征分析来研究正极失效行为模式。实验结果显示：50、60℃下500次循环过后铅炭电池容量保持率〈60%,而40℃下容量保持率仍保持在90%;解剖分析结果表明未循环正极板中α-PbO2质量分数为14.55%,失效正极板中α-PbO2质量分数〈1%,失效前后正极板栅中氧重量百分比增加了10%。因此,α-PbO2向β-PbO2的转化及板栅腐蚀是正极失效的主要原因;且〈40℃的工作温度对正极失效无明显影响,〉50℃的高温环境会加速板栅的氧化腐蚀进而加剧正极失效。实际应用中加强对电池工作温度的监测、控制及对正极活性物质、板栅的改性,才能有效抑制正极失效行为的发生。

关键词：铅炭电池高温循环正极失效使用寿命电网储能电化学测试

基于PNGV模型与自适应卡尔曼滤波的铅炭电池荷电状态评估

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储能科学与技术 2023年第3期12卷 941-950页

作者：陈正王志得牟文彪祝培旺肖刚浙江省清洁能源与碳中和重点实验室浙江大学能源工程学院浙江杭州310027 浙江省能源集团有限公司浙江杭州310006 浙江大学嘉兴研究院浙江嘉兴314031

储能电池应用广泛,准确估计储能电池的荷电状态(state of charge,SOC)对提高电池健康状态有重要意义。铅炭电池作为一种高性能、低成本、高安全性的新型储能电池,在储能电站等场景受到广泛关注,而目前尚缺少铅炭电池SOC估计相关研究。... 详细信息

储能电池应用广泛,准确估计储能电池的荷电状态(state of charge,SOC)对提高电池健康状态有重要意义。铅炭电池作为一种高性能、低成本、高安全性的新型储能电池,在储能电站等场景受到广泛关注,而目前尚缺少铅炭电池SOC估计相关研究。本工作首先通过静流间歇滴定技术探究铅炭电池的荷电状态与开路电压关系,后通过混合脉冲功率性能试验得到铅炭电池的伏安特征数据,建立一阶Thevenin和一阶PNGV等效电路模型,利用基于代理模型和灵敏度分析的随机算法(surrogate optimization algorithm,SOA)对两种等效电路模型进行参数辨识。在此基础上,利用扩展卡尔曼滤波算法(extended Kalman filter,EKF)估计铅炭电池SOC,估算过程考虑噪声干扰。另外,在铅炭电池SOC初值未知的情况下,EKF算法不能准确估计铅炭电池SOC。因此,本工作提出采用自适应扩展卡尔曼滤波算法(adaptive extended Kalman filter,AEKF)对铅炭电池进行状态估计,来弥补EKF的不足。结果表明,在存在噪声且SOC初值未知的情况下,AEKF算法较EKF算法和安时积分法更能准确估计铅炭电池SOC,在给定SOC初值为0.9时,误差最小,为3.91%,验证了算法的有效性与适用性,提高了铅炭电池荷电状态估计的准确性和可靠性。

关键词：铅炭电池荷电状态 PNGV模型自适应卡尔曼滤波

稻壳炭基添加剂在启停用铅炭电池负极中的应用研究

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稻壳炭基添加剂在启停用铅炭电池负极中的应用研究

作者：马文宇吉林大学

学位级别：硕士

在混合动力汽车(HEVs)中,启停电池需要从部分荷电状态基线开始运行,同时提供大电流放电并接受快速充电。在这种应用工况下,铅酸电池负极板上会发生硫酸盐化,导致电极失效。研究表明,负极硫酸盐化可以通过添加碳基材料得到有效的改善,因... 详细信息

在混合动力汽车(HEVs)中,启停电池需要从部分荷电状态基线开始运行,同时提供大电流放电并接受快速充电。在这种应用工况下,铅酸电池负极板上会发生硫酸盐化,导致电极失效。研究表明,负极硫酸盐化可以通过添加碳基材料得到有效的改善,因此学者们将负极添加了碳基材料的铅酸电池称为铅炭电池(LCBs)。然而,由于碳材料发生电化学反应时的电位比理论值低,尤其在大电流充放电的同时铅炭电池负极板会出现严重的析氢,导致电解液因为失水引发电池过早失效。生物质稻壳炭基材料具有原料丰富、制备方法简单和价格低廉,而且丰富的多孔结构和较大的比表面积(SSA)被广泛用作铅酸电池添加剂。并且学者进一步开发新的铅碳复合材料来提高稻壳炭材料的析氢过电位,抑制电解液的失水。本文以提高启停用铅炭电池的循环寿命和动态充电接受能力为目的,通过选择和优化稻壳炭基添加剂及其配方来提高启停用铅炭电池性能。本论文的主要工作如下:(1)首先分别以混合炭(MBH)、稻壳活性炭(RHAC)、两种铅碳复合物(Pb O@RHAC和Pb O@RHAC)为添加剂按照1%含量加入到启停电池负极,通过测试电池的启停循环寿命、动态充电接受能力、低温启动能力等来比较其性能稳定性,证实生物质稻壳基活性炭材料可以提高启停电池性能,并且铅碳复合物Pb O@RHAC对应电池的启停性能最佳。(2)为了研究稻壳炭基材料作为启停电池负极添加剂的作用原理,对各种添加剂和对应电极进行物理测试和电化学表征。测试结果表明Pb O@RHAC复合材料具有较大的电导率和电化学活性比表面积,有利于促进Pb和Pb SO之间的可逆转化,为电化学反应提供额外的成核位点和抑制大块Pb SO的沉积。其次,Pb O@RHAC复合材料对应的电极电子传质电阻最低,该特点有利于促进质子的转移,同时降低电化学传质过程的物理和电化学极化。相比于MBH材料和RHAC材料,Pb O@RHAC和Pb O@RHAC材料的析氢过电位均得到不同程度的提高,抑制了电解液析氢。(3)以性能最佳的PbO@RHAC复合材料为研究对象,对其在启停电池负极的添加量进行研究。设置含量梯度对不同电极进行电化学表征,结果表明,含量为1.5%对应的电极的电化学活性比表面积最大,电子传质电阻最低。为了研究添加量对电池性能的影响,对电池进行启停应用测试。测试结果表明,当添加量为1.5%时,电池的动态充电接受能力最高,启停循环寿命达到59258次,达到国内启停电池领域的先进水平。

关键词：启停电池铅炭电池启停循环寿命铅碳复合材料硫酸盐化

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铅炭电池负极的电化学行为及储能应用研究

铅炭电池负极的电化学行为及储能应用研究

作者：王德力哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

铅炭电池是将铅酸电池和超级电容器有效结合在一起的新型电池,是铅酸蓄电池领域最先进的技术,它不但有能量密度高的优点,而且还有超级电容器的特点,集超长循环寿命、高功率及良好的充电接受能力于一体。非常适用于各种储能系统,特别是... 详细信息

铅炭电池是将铅酸电池和超级电容器有效结合在一起的新型电池,是铅酸蓄电池领域最先进的技术,它不但有能量密度高的优点,而且还有超级电容器的特点,集超长循环寿命、高功率及良好的充电接受能力于一体。非常适用于各种储能系统,特别是部分荷电状态下循环使用。但铅炭电池中的炭材料对电池性能的影响和机理尚不明确。本文通过氮气吸/脱附的比表面积分析（BET）测量炭材料和负极铅膏的比表面积,用扫描电镜（SEM）观察炭材料和负极铅膏的微观形貌,用粒度测试仪测试炭材料的粒径分布,X射线衍射光谱仪（XRD）分析材料的晶体结构与物相成分。研究炭材料对负极微观结构和电化学性能的影响,分析炭材料在铅炭电池负极的电化学行为和作用机理,筛选出适用于铅炭电池的炭材料。通过各种试验进行性能对比,研发新产品并进行市场化。通过研究炭材料的微观结构,分析了活性炭、炭黑、碳纤维（CF）、碳纳米管（CNT）、石墨烯（GN）的微观结构,对比了五类碳的结构给电极性能所带来的影响,从而优选出性能较好的炭材料,本文发现活性炭、炭黑和石墨烯都可以提高电池的充电接受能力,防止负极不可逆硫酸盐化,从而提高了在高倍率部分荷电状态下（HRPSOC）的循环寿命。通过分析五类炭的微量元素,寻找炭材料的杂质种类和含量与电极性能的关系和规律,发现在一定的范围内,杂质含量与析氢量无明显正向关系。通过对模拟电池的对比测试,研究炭材料在铅炭电池负极的作用机理,本文发现炭材料对负极微观结构与成份的影响并不完全来自于炭材料的高比表面贡献,但与表面积或吸油值密切相关,增加负极的活性表面。通过设计炭材料在负极板中的不同分布方式及炭材料的梯度分布,对负极活性物质的比表面积、孔隙率和孔径分布进行表征,高倍率部分荷电状态（HRPSOC）循环测试及充放电测试的对比,发现三种分布方式的电池充电接受能力大幅度提升,在HRPSOC工况下的寿命也显著提升,其中以表层5%+内部1%方案最为优异,但同时存在低温性能较差和高电压浮充析氢较大的不利因素。根据削峰填谷和调频等储能场景的特点以及对电池的要求,使用不同的设计组装铅炭原型电池,测试其在储能工况下的性能,并开展铅炭电池在这两种场景下的应用研究,发现在削峰填谷场景下其PSOC循环寿命可以比普通电池延长5～6倍,在调频场景下,通过电压控制,电池就可以1.88V和2.31V之间实现长期调频循环。

关键词：铅炭电池炭材料微观结构电化学性能梯度分布储能

考虑铅炭电池组一致性的储能系统功率控制策略

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电力系统自动化 2020年第11期44卷 61-67页

作者：严干贵朱微段双明刘莹蔡长兴李军徽现代电力系统仿真控制与绿色电能新技术教育部重点实验室(东北电力大学) 吉林省吉林市132012

针对储能系统不规则充放电导致的电池组一致性变差及单体电池过充/过放问题,研究铅炭电池组一致性变化规律,提出考虑电池组一致性的储能系统功率控制策略。采用包含储能电池组、风/光发电、电动汽车和常规负荷的共直流母线型集中式微电... 详细信息

针对储能系统不规则充放电导致的电池组一致性变差及单体电池过充/过放问题,研究铅炭电池组一致性变化规律,提出考虑电池组一致性的储能系统功率控制策略。采用包含储能电池组、风/光发电、电动汽车和常规负荷的共直流母线型集中式微电网并网示范平台的实测数据对所提功率控制策略与传统控制策略进行对比仿真分析。仿真结果表明,所提控制策略可有效降低电池组荷电状态(SOC)变化范围,提升电池健康状态,提高电池组一致性,减少过放电池数量,增强储能系统双向调节能力。

关键词：电池储能系统铅炭电池一致性功率控制过充/过放

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铅炭电池的工作特性

电池 2019年第3期49卷 221-224页

作者：严干贵朱微段双明李洪波东北电力大学现代电力系统仿真控制与绿色电能新技术教育部重点实验室

为掌握铅炭电池工作特性,进行电池单体和电池组充放电实验,研究荷电状态(SOC)与端电压/内阻及充放电倍率的关系、电池组电压特性以及充放电倍率对电池组一致性和实际可用容量的影响。结果表明:受电池内部温度影响,在充电过程中,当SOC大... 详细信息

为掌握铅炭电池工作特性,进行电池单体和电池组充放电实验,研究荷电状态(SOC)与端电压/内阻及充放电倍率的关系、电池组电压特性以及充放电倍率对电池组一致性和实际可用容量的影响。结果表明:受电池内部温度影响,在充电过程中,当SOC大于0. 75时,会出现短时的电压波动;当电池电压达到上限2. 35 V或下限1. 80 V时,不同SOC对应不同的充放电电流。电池成组应用时,随着充放电倍率增加,电池组实际可用容量减少。

关键词：铅炭电池特性分析荷电状态充放电倍率一致性