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圣阳蓄电池:铅酸电池的明天会更好

2021-9-6 9:50:16点击:

圣阳蓄电池:铅酸电池的明天会更好

院士居高分析了新能源和电动车产业发展对电池的需求,综合阐述了各类电池发展面临的问题后,认为铅酸电池经历150年而不衰,至今仍能牢固地占据半数以上的市场份额绝非偶然,除了其技术成熟、价格低廉、安全性高和可再生循环等传统的突出优点外与它近些年在竞争中发展了许多新技术密切相关。如阀控密封结构、新组份铅合金正极板栅、新型负极添加剂、超级电池等等,都促进铅酸电池比能量、比功率和循环性能逐渐提高,最新数据超级电池的循环寿命已长达7000次(70%DOD)。所以说,有了新技术,铅酸电池没有也不会过时,而是会大有新作为,铅酸电池的明天会更好。

           

新能源规模储能铅酸电池大有作为

规模储能技术事关国计民生,具有越来越重要的社会价值和经济地位。从能源可持续发展的角度来说,未来人类依赖的是可再生能源,而只有应用规模蓄电才能调节储能的连续性和稳定性,如风能、太阳能等。

规模储能技术现已广泛应用于电动车、电动船、后备电源及电网的“削峰填谷”方面。仅就削峰填谷讲,中国电网8亿千瓦,由于我们国家用电结构已经并将继续发生根本性的变化,电网峰谷差日益增大,我国的峰谷比一般为10∶0.7,而美国、日本、德国、英国、法国和俄罗斯的峰谷比分别为:1∶0.25,1∶0.4,1∶0.2,1∶0.35,1∶0.35和1∶0.52,一般发展中国家的峰谷比是1∶0.63,可见电网面临的调峰任务和压力日趋严峻。但发电侧调峰能力是有限的,且是以牺牲机组寿命、能源利用率、高投资等为代价的,所以为了做到资源的合理配置,用电侧也必须采取调峰措施。普及分时计价、拉开峰谷电价差距,推动采用规模储能技术进行“分散调峰”对节能减排具有重大意义。

规模储能技术的应用是为了节约能源、减少污染,故储能技术的评价标准首要的是安全性,即不燃烧也不爆炸,在确保安全下才能考虑提高比能量、比功率;其次就是能量转换效率与自放电:即输出能量和输入能量的比率,也包含体系在全寿命周期中的工作效能,还有就是成本和寿命、比能量、比功率、可维护性和环境友好等方面。

在循环寿命相当的前提下,目前每KWh电池成本铅酸电池按1000元计算,锂电池约为其3倍、全钒液流电池约为其10倍、钠硫电池约为其20倍。可见在各类规模储能技术的竞争中,铅酸电池具有资源丰富、回收利用率高,性能稳定、安全可靠,价格低廉、经济高效的竞争优势。

铅酸圣阳电池技术进步应紧跟车辆电动化发展趋势

2009年中国汽车销量将超过1300万辆,成为世界汽车销量第一大国。面对石油紧缺、有一半需从国外进口的国家能源安全问题,城市空气污染、减少二氧化碳排放缓解温室效应的国家节能减排承诺兑现问题,发展电动车是刻不容缓的。

客车、轿车、自行车、摩托车都应该电动化,哪一种电动车应该优先发展?首先杨院士强调电动自行车也是电动车,国家不应再“压制”发展,而应在车身重量和行驶速度上规范管理、引导发展;其次中国的纯电动车应该先做电动摩托车、微型四轮车,本着先小后大、先易后难、先低后高的原则,吸取电动自行车的教训,政府要引导、鼓励和帮助,这样才能在耗电少、电池少的上面这些小车上面做成价格比较低的车子,使之和我们国家当前的消费水平相当,使群众能买得起,这样用户才能多,同时电池企业的风险也会比较小。

目前电动汽车选择什么样的车种优先发展还有着不同的认识和估计,在同样满足车辆安全性、可靠性、经济性、实用性的前提下,能源利用(含转换)效率应作为评判电动汽车价值的首要标准。当前电动汽车按电源及其使用模式可划分为5种,以日本的丰田普锐斯(Prius)为代表的“油—电”混合动力车,美国人热衷的“外充电式(plug-in)”混合动力车又称“电—油”混合动力车、燃料电池电动车、纯电动车和“双充式”电动汽车又称“增程式”电动汽车。通过如下对比,杨院士明确指出:跨越式一步发展纯电动汽车是正确的选择。

1)前两者均需要两套动力系统、结构复杂、节能有限、成本偏高,只能作为过渡性车种发展;

2)因氢在燃料电池中发电效率不高,能量总转换效率仅30%,远低于铅酸电池的80%、锂离子电池的90%,同时还有其他如氢的储运困难、电池寿命不长、维护困难等问题需要解决,燃料电池电动汽车的产业化还来日方长;

3)纯电动优势最大。一是不用油,100万辆纯电动轿车每日约可替代汽油1万吨;二是无污染;三是全费用(车价+能源价)有可能低于燃油汽车;四是结构简单,无油路和水路,使用、维修方便;五是电池可在夜间利用廉价“谷电”和现成的电网线路充电,既推销了“谷电”(主要是核电和风电),替电网“分散调峰”,又可节省大量建设抽水蓄能电站的经费。我国应该跨越式、优先发展一次充电可行驶150-200公里左右的纯电动汽车。

4)“双充式”电动汽车采用全电力驱动,是纯电动汽车的扩展,动力结构简单,维护费用也可大幅降低;燃油发电增程,可降低电池的用量、延长电池使用寿命;用定型小内燃机发电,可降低一次性投资和运行成本。由此可见,“双充式”电动汽车在能源利用效率、价格、使用的方便性等方面具有优势,预料其将以强大的竞争力迅速发展。

由上述分析可见车辆电动化为动力型电池提供了广阔的市场空间。电动车辆从小到大的发展趋势,对动力型电池需求也提出了同样的要求,正如铅酸电池在电动自行车上应用有明显的优势一样,在电动摩托车、微型四轮车上铅酸电池也已成功应用并取得一定的领先优势,同时铅酸电池顺应汽车电动化要求向超级电池的技术进步,也使铅酸电池有技术能力参与竞争。

铅酸电池不应背负“污染严重”的罪名

针对当前铅酸电池背负“污染严重”罪名的现象,杨院士明确指出应该科学认识、有效治理、不要“谈铅色变”。美国作为当今世界唯一超级大国,耗用铅酸电池70%国内制造、仅30%依靠进口,2003年美国环保局调查统计,铅酸电池制造飞散排放占前100种排放源总排放的0%(未检测到),由此美国当前正在修改标准把电池制造业从主要污染行业中取消掉。如下是2002年美国每年铅排放来源的统计资料:

                   

从上图数据可见,美国位于铅排放首位的是航空燃料,铅酸电池制造过程的铅排放量都低于玻璃及制品;铅酸电池制造产业链上,原生铅冶炼和再生产铅冶炼的铅排放均高于铅酸电池制造,全部铅冶炼和电池制造排放铅的总和都低于电厂锅炉的铅排放量,故美国把对铅酸电池防止污染的治理放在回收环节,进行立法有效管理。

在参观圣阳电源的生产基地、了解了圣阳电源的铅防治情况后,杨院士对圣阳电源环境保护和职业安全工作给予了充分肯定。我们国家铅酸电池制造作为生产许可证管理行业,只要有效把住生产许可口,保证生产企业环保设施到位、有效控制达标排放,则铅酸电池制造过程对环境的污染就不存在严重之说;借鉴国际先进管控经验,有效管理铅酸电池的回收、冶炼过程,同样也不存在严重污染环境的问题。

各种电源应在发展中竞争、在竞争中发展

电源行业当前存在一种现象,各种新型电源都喜欢拿铅酸电池作为比较(负面)对象,给人的印象好像150岁的铅酸电池应该或者很快就要被全面替代。在镉—镍电池、氢—镍电池、锂离子电池等新型电池相继上市几十年后,铅酸电池依然牢固地占据二次电源市场半壁以上的江山,且至今都不存在一种新型电源将会全面替代铅酸电池。究其原因,一方面具有资源、成本优势的铅酸电池本身从未停止过技术进步,从而能够不断创新满足新需求;另一方面,各种电源都各有利弊,很多新型电源本身工业化生产的时间就很短甚至尚未大规模生产和应用,尚存很多问题需要发现和解决,以偏代全的结论本身不科学,2009年8月美国总统奥巴马宣布,拨款24亿美元支持美国48个项目发展“下一代电池和电动车”生产,用于电池及其材料生产的为15亿美元,其中安排了3430万美元和3250万美元分别支持两家公司发展“超级电池”项目,这一支持做法值得中国借鉴。杨院士强调自己愿继续呼吁在中国戒除对铅酸电池的偏见,以使铅酸电池技术进步获得扎扎实实的支持。

在全面阐述锂离子电池、钠硫电池、钒液流电池和燃料电池等各类新型电源优势和当前面临问题的基础上,杨院士明确指出:各类电源应在竞争中发展、在发展中竞争,把不断提升性能,延长使用寿命,提高性价比、减少能耗和对环境的不良影响作为企业不懈的追求。

行业骨干企业要勇于担负起铅酸蓄电池技术发展的重任

在参观考察的基础上,杨院士对圣阳电源持续的研发投入、深厚的技术积累和企业的健康发展给予了高度评价。