石墨烯在铅酸电池中的应用与前景分析

 发布时间:2023-12-20 00:34:01  来源:tg淘金网最新版本

  电池技术是电动汽车大力推广和发展的最大门槛,而电池产业正处于铅酸电池和传统锂电池发展均遇瓶颈的阶段,设备的研制成功后,若能批量生产,则将为电池产业乃至电动车产业带来新的变革。

  电池主要由管式正极板、负极板、电解液、隔板、电池槽、电池盖、极柱、注液盖等组成。排气式蓄电池的电极是由铅和铅的氧化物构成,电解液是硫酸的水溶液。主要优点是电压稳定、价格实惠公道;缺点是比能低(即每公斤蓄电池存储的电能)、常规使用的寿命短和日常维护频繁。老式普通蓄电池一般寿命在2年左右,而且需按时进行检查电解液的高度并添加蒸馏水。不过随着科学技术的发展,铅酸蓄电池的寿命变得更长而且维护也更简单了。

  铅酸蓄电池由于其安全稳定、性价比高等优点,在电池领域占据较高的市场占有率,并被大范围的应用于汽车启动、通信领域、动力电池与储能电池等领域。有分析认为,铅酸蓄电池将在行业一直在升级和下游需求扩大双重驱动下,保持一定增长幅度,未来10年内铅酸蓄电池仍将是电池市场的主流。

  但是,铅酸蓄电池行业是典型的高耗能、高污染行业,生产的全部过程中,电能消耗很高,也会带来铅尘、铅烟、酸性含铅废水、酸雾、废渣等排放。

  目前国内铅酸蓄电池企业共2000余家,其中产值超过20亿元的企业约10家左右,超过1亿元的企业约260家,整个行业的集中度非常分散,远远低于美国、日本等国家。

  石墨烯为近年来发现的新型材料,虽然其优异的性能引起了各领域的广泛关注,但是其应用尚处于研究阶段。石墨烯在铅酸蓄电池领域的应用属于初始阶段,但是其对铅酸电池性能的影响已经不可忽视。

  近年来对炭材料加入铅酸电池负极对铅酸电池性能的影响研究发现,炭材料的加入可提升电池负极的导电性,限制硫酸铅晶体颗粒的生长,有利于易溶解小颗粒硫酸铅的形成,在高倍率放电状态下,促进硫酸溶液更容易且更深地渗透入负极活性物质中,来提升铅酸电池在高倍率部分荷电态(HRPSoC)的循环寿命。炭材料的导电性取决于石墨化程度,石墨烯对铅酸电池性能影响的研究也在渐渐兴起。

  铅蓄电池技术已发展了100多年,由于生产铅酸电池生产会产生大量对环境有害的物质,因此近几年国家也对这块进行了严厉的整治,出台了《关于促进铅酸蓄电池和再生铅产业规范发展的意见》等一系列文件。因此,该行业不断淘汰落后产能,行业竞争者由上千家整合至目前200家(大量为超威和天能的子公司),市场龙头的份额不断加大。超威动力作为行业龙头,在市场整合的环境下市场占有率从11年24.5%提升至14年42.9%。而另外一家强劲的竞争对手天能动力市场占有率也涨至30.9%。当前两家的市场占有率已经提升至80%以上(部分产品达到90%以上的市场占有率),已拥有了绝对的定价权。但是铅酸电池市场早已深陷竞争“红海”,产品同质化严重,各厂商间大打价格战。

  而添加石墨烯的黑金电池向市场提供差异化产品,将现有的铅酸电池市场区分为高能电池市场和普通电池市场,提升电池单位体积内的包含的能量的同时成本保持稳定,有利于注重研发的大企业(如超威动力)把握更多的市场占有率、增厚盈利水平。石墨烯材料的出现,让铅蓄电池又焕发出新的生机。

  由于铅酸电池市场体量巨大,石墨烯在该领域的前景十分广阔,以超威集团为例,2016年其发布的黑金电池销售了10亿多元,石墨烯与铅酸电池的结合既为铅蓄电池带来了新活力,同时也带动了石墨烯产业自身的加快速度进行发展,石墨烯在推动传统产业升级方面的作用正逐渐显现。CGIA  Research预测到2020年石墨烯-铅酸电池的市场规模将超过200亿元。

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  12月7日,中国电工技术学会在南京组织召开科技成果鉴定会,国电南自主持研发的“全国产化碳化硅功率模块的构网型储能变流器与控制关键技术及应用”成果顺利通过鉴定并正式对外发布。项目鉴定委员会由中国科学院陈维江院士、中国工程院饶宏院士,以及其它11位国内知名高校、科研院所、能源企业的专家组成。

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