什么是铅碳电池，铅碳电池为什么会比铅酸电池重？
来源：宝鄂实业
2019-04-10 16:09
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铅酸电池（VRLA），是一种电极主要由铅及其氧化物制成，电解液是硫酸溶液的蓄电池。铅酸电池放电状态下，正极主要成分为二氧化铅，负极主要成分为铅；充电状态下，正负极的主要成分均为硫酸铅。一个单格铅酸电池的标称电压是2.0V，能放电到1.5V，能充电到2.4V；在应用中，经常用6个单格铅酸电池串联起来组成标称是12V的铅酸电池，还有24V、36V、48V等。
铅酸电池是电池界中的一名老兵，于1859年由法国人G.plante发明，至今已有150多年的历史。同时，在这些年中，铅酸电池的主要工作原理几乎没有变过，可以说是电池界中的元老。普通铅酸电池的正极活性材料是氧化铅（PbO2），负极活性材料是铅（Pb），它们附着在板栅上。铅酸电池以硫酸的水溶液为电解液，构造简单，易于使用。
铅炭电池为什么会比铅酸电池重
其充电、放电反应机理如下：
铅炭电池为什么会比铅酸电池重
铅酸电池在过去一百多年中一直是人类最常用的电池之一，这主要是因为其几个突出的优点：
1）成本低廉：只有0.6~0.7rmb/Wh；
2）制备工艺简单：制备设备、厂房投资都不大，相比于锂电要小的多；
3）较为安全：爆炸燃烧的可能性很低；
4）环境适应性强：具有很宽的工作范围区间，而且性能随温度的变化不像锂离子电池一样剧烈，对于温控系统要求更低；
5）易于回收再利用：废旧的铅酸电池回收活性材料较为容易；
6）技术成熟稳定可靠：已有百余年历史的技术，使用经验丰富，值得依赖。
然而传统铅酸电池也一直有其突出的问题：
1）寿命问题：传统上只有几百次寿命；
2）大功率工作问题：在0.5C以上的大倍率工作条件下，会发生“硫酸盐化现象，”衰减加速，而这也是铅酸电池寿命不佳的根本原因；
3）能量密度不高：只有20~40Wh/kg，因此大部分对于能量密度较高的场合都选用了锂电池，这也是锂电池近年来强势崛起的重要原因；
4）回收再利用方面：虽然铅酸电池回收并不困难，但是因为回收机制不健全、民众环保意识不强的因素，导致了铅酸电池回收存在许多不正规的现象，因而造成了资源的浪费和环境的污染。
随着社会的进步，社会的各种场合对于电池储能的要求不断提升。在过去的几十年中，很多种电池技术都有了长足的进步，而铅酸电池自身的发展也遇到了诸多机遇与挑战。在此背景之下，科学家与工程师共同努力，将铅酸电池的负极活性材料中加入碳，于是就诞生了铅碳电池——这一铅酸电池的升级版本。
铅碳电池
传统铅酸电池的最大问题在于在大电流，长时间服役后出现的负极的硫酸盐化效应，使得材料发生失效，容量骤降。与此同时，大家都看过不少关于电池进步的大新闻，比如充电7秒之类，实际上这些新闻讲的都是充电速度本质上就很快的超级电容，而非电池。这样不难看出：铅酸电池的短板（快充放），恰恰是电容机理比较擅长应对的情况。因此就有人想到了：在铅酸电池的负极中加入活性碳，可以综合电容和电池的优点。
实际上，是可以把超级电容器与铅酸电池并联使用的（这种用法可称“外并”，即电池和电容器做为两个独立的元件进行一个机械的并联整合）。而对于铅碳电池来说，此时的情景就变成了“内并”（lead-acid battery with a carbon supercapacitor
combination），就是将双电层电容器的高比功率、长寿命的优势内化融合到铅酸电池中，从而提高了功率、比能量，延长了电池寿命，因此也有地方将其称为“超级电池”（Ultrabattery）。
普通铅酸电池的负极活性材料是铅（Pb），而在铅碳电池中，负极从纯Pb变成了具有双电层电容特性的碳材料（C）+电池特性海绵铅（Pb）混合组成的双功能复合负极，即铅碳（Lead-carbon）负极，然后再与PbO2正极匹配组装，即组成了铅碳电池。总体来说，铅碳电池的变化主要出现在负极上，电极液、正极等方面的变化并不大。可以这样说，铅碳电池可以说是铅酸电池这颗老树上开出的新花，并且在近年来还结出了很多不错的应用成果。而在这一方面，加入的碳自然是要记头功的。
铅炭电池为什么会比铅酸电池重
目前，国内外有许多电池企业都在生产铅碳电池，代表性的企业包括日本古河，Ecoult，East Penn，Axion，国内的圣阳、双登、南都、C&D等。
铅碳电池工作原理分析
传统铅酸电池中的一个核心问题就在于负极的硫酸盐化，即在高倍率放电模式下，负极的海绵状铅与HSO4-快速反应生成PbSO4，此时因为HSO4-与Pb这一对反应物的供应失配，导致了PbSO4成核速率太快，这样就使得生成的PbSO4（本质是绝缘的）“糊”在了负极表面，或者是生成了极大的颗粒；而不是按我们所需要的在负极板内部均匀的生成，或者是在表面只是生成细小均匀容易还原的绒状PbSO4。
铅炭电池为什么会比铅酸电池重
表面生成的PbSO4堆积层或者是大颗粒PbSO4明显减少了电子转移、反应需要的有效表面积和物质，使得后续的反应更为困难，因此使得负极板内部变成了“死”区。而在充电时，因为表面PbSO4层阻碍了铅酸电池本体反应的发生，此时负极的电位只好将电池中的水电解成氢气，造成电解液的枯竭，这样会进一步导致电池性能的恶化。
