凱禹儲能：將生物質(zhì)與科技完美結(jié)合

張志強 胡梓博 許皓

吉林凱禹儲能總經(jīng)理林海波

以創(chuàng)新為驅(qū)動，科技為先導(dǎo)，吉林省凱禹電化學(xué)儲能技術(shù)發(fā)展有限公司（簡稱凱禹儲能）與吉林大學(xué)研發(fā)團(tuán)隊共同研發(fā)，用高科技手段，以及最前沿的技術(shù)將稻殼用于電池生產(chǎn)，實現(xiàn)了生物質(zhì)與科技的完美結(jié)合與科研成果轉(zhuǎn)化。

生物質(zhì)用于電池生產(chǎn)

普通的鉛酸電池存在壽命短、放電深度低的問題。凱禹儲能依托于吉林大學(xué)電化學(xué)儲能技術(shù)產(chǎn)業(yè)化工程實驗室，研發(fā)出一種新型的鉛蓄電池——基于生物質(zhì)（稻殼）基碳材料的高性能儲能型鉛碳電池，在鉛酸電池的負(fù)極中加入了自主研制的稻殼基電容性活性碳復(fù)合添加劑，這一技術(shù)改進(jìn)使得公司鉛碳電池的電化學(xué)性能和壽命較傳統(tǒng)鉛酸電池均更勝一籌，電池的循環(huán)使用性能達(dá)到2800次，電池壽命達(dá)10年以上。有效解決了普通的鉛酸電池的弊端，可在光伏、風(fēng)力發(fā)電、分布式儲能、混合動力汽車等多領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)應(yīng)用示范與商業(yè)化推廣。

目前，公司產(chǎn)品風(fēng)光互補儲能專用鉛碳電池目前已投入市場，且已取得300多萬產(chǎn)品試銷收入，市場反響良好。

“小小稻殼”終結(jié)國外技術(shù)壟斷

“小小的稻殼，成了我們打破國外技術(shù)壟斷的關(guān)鍵。尤其是我們吉林大米的稻殼，它的孔隙結(jié)構(gòu)多樣性的特征，更加有利于我們的技術(shù)突破！”凱禹儲能的公司負(fù)責(zé)人告訴記者，這等于對振興東北老工業(yè)基地的經(jīng)濟(jì)貢獻(xiàn)了一份力量。制作長壽命的鉛碳電極是鉛碳電池開發(fā)的關(guān)鍵，公司采用具有大孔結(jié)構(gòu)的稻殼基電容碳材料與鉛復(fù)合，以構(gòu)造穩(wěn)定的極板，這是其他商業(yè)化碳材料所不具有的優(yōu)勢。同時，采用了先進(jìn)的電極制作技術(shù)，使得電池在高倍率部分荷電狀態(tài)（HRPSOC）下的循環(huán)使用性能得到顯著提升、電池壽命大大延長。

鉛碳電池采用的儲能電池單體與普通電池模塊也有不同的性能要求，因此需要開發(fā)鉛碳電池的儲能模塊技術(shù)。電池模塊化是指將2V的單體電池通過必要地并聯(lián)和串聯(lián)技術(shù)，配組成百千瓦級的電池模塊，這是鉛碳電池儲能應(yīng)用的前提。因此，必須研究在大功率模塊條件下鉛碳電池配組特性與規(guī)律，并對典型電池工作條件下大電池模塊各單電池電阻、電壓的均勻性進(jìn)行系統(tǒng)考察，記錄并探索其相應(yīng)的變化及影響規(guī)律性。在此基礎(chǔ)上，進(jìn)行大面積-大功率模塊結(jié)構(gòu)設(shè)計，并對電池模塊的充放電行為進(jìn)行試驗考核，認(rèn)識電壓效率等關(guān)鍵指標(biāo)隨時間（工作過程）的變化規(guī)律，開發(fā)出可應(yīng)用于規(guī)模儲能鉛碳電池模塊的集成技術(shù)。

核心技術(shù) 打造國際領(lǐng)先品牌

目前，國內(nèi)制約鉛碳電池商業(yè)化應(yīng)用的關(guān)鍵問題主要包括以下兩點：首先，碳材料與鉛膏的相容性不好、機械混合性能差、結(jié)合不緊密等特點容易使碳材料從鉛膏中析出;其次，碳材料的析氫過電位遠(yuǎn)低于鉛電極，因此在鉛碳電極充電過程中會導(dǎo)致析氫，尤其是在高荷電狀態(tài)下的運行以及鉛負(fù)極被極化到很低的電勢的情況下，導(dǎo)致電解液干涸，壽命降低。

凱禹儲能研制開發(fā)的鉛碳電池具有世界領(lǐng)先水平，提高了鉛酸電池在高倍率部分荷電狀態(tài)下的循環(huán)性能，顯著延長了電池的壽命，產(chǎn)品已經(jīng)在保加利亞“第十屆國際鉛酸電池會議上，得到同行認(rèn)可。

技術(shù)是推動企業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵因素，此前，為了突破技術(shù)上的瓶頸，凱禹儲能與吉林大學(xué)的研發(fā)團(tuán)隊合作，進(jìn)行本項目的技術(shù)研發(fā)和產(chǎn)品產(chǎn)業(yè)化工作。

吉林大學(xué)擁有無機合成與制備化學(xué)國家重點實驗室、新型電源物理與技術(shù)教育部重點實驗室以及吉林大學(xué)電化學(xué)儲能技術(shù)產(chǎn)業(yè)化工程實驗室等國家、?。ú浚W(xué)校研發(fā)平臺，在基于稻殼基電容碳材料及其鉛碳電池基礎(chǔ)研究、電化學(xué)工程研究等方面具有良好的研究基礎(chǔ)。

凱禹儲能具備了經(jīng)驗豐富的研發(fā)團(tuán)隊、先進(jìn)的研發(fā)設(shè)備，累計了遠(yuǎn)超同行業(yè)平均水平的技術(shù)優(yōu)勢。

突破難點 確立企業(yè)競爭優(yōu)勢

“我們公司現(xiàn)有7名博士，專注于突破技術(shù)難點！”據(jù)公司相關(guān)負(fù)責(zé)人介紹，目前，世界各國已經(jīng)加快對鉛碳電池的研制，而我國鉛碳電池的起步較晚，目前國內(nèi)僅有少數(shù)高校與大型蓄電池生產(chǎn)企業(yè)對其進(jìn)行了研究，多處于研發(fā)階段。而鉛碳電池研發(fā)的技術(shù)難點在于電極材料的選取，而多孔碳材料是相對較理想的電極材料，通?？煞譃槿悾夯钚蕴肌⒛０逄?、碳納米管。其中，大多數(shù)多孔碳材料具有非常寬的孔徑分布與隨意連接的孔道，及無序和復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致材料的導(dǎo)電性和離子傳輸差，使得在超級電容器的應(yīng)用中倍率性能受到一定的限制。此外，在納米尺度下精確地控制傳統(tǒng)碳材料的結(jié)構(gòu)非常困難。因此，模板法被認(rèn)為是一種能夠提供良好設(shè)計和精確地控制碳材料的有效、獨特且多功能的方式。另外，碳納米管可看作是石墨烯片層卷曲而成，按石墨烯片層數(shù)的不同可將碳納米管分為單壁碳納米管和多壁碳納米管。碳納米管具有獨特的中空結(jié)構(gòu)、良好的導(dǎo)電性、高的可接觸表面積、穩(wěn)定性好以及交互纏繞的納米大小網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)等優(yōu)良特性。

精準(zhǔn)分析了活性碳、模板碳、碳納米管三種電極材料的優(yōu)缺點后，公司的專家團(tuán)隊一鼓作氣，成功研發(fā)了鉛碳電池，這是一種新型的超級電池，它將鉛酸蓄電池與超級電容器結(jié)合在一起，既可以發(fā)揮超級電容器瞬間大容量充電的優(yōu)點，也發(fā)揮了鉛酸電池的比量優(yōu)勢，所以鉛碳電池也被稱為電容型鉛酸電池。鉛碳電池相比傳統(tǒng)鉛酸蓄電池來說，充電速度提高了8倍，放電功率提高3倍，循環(huán)壽命提高6倍，循環(huán)充電次數(shù)可達(dá)2000次以上，鉛碳電池成為新型的鉛酸電池技術(shù)之一。

放眼未來 勇立市場最前端

未來，公司將把目標(biāo)瞄準(zhǔn)新能源汽車的巨大市場。預(yù)計到2020年，形成中小企業(yè)規(guī)模，建設(shè)完成30MWh生產(chǎn)示范線并投入運營，完善儲能領(lǐng)域上中下游產(chǎn)品設(shè)計開發(fā)。2020-2022年期間，拓展鉛碳電池銷售領(lǐng)域至混合動力新能源車輛，從而搶占東北地區(qū)車用鉛碳電池市場，形成成熟的鉛碳電池產(chǎn)業(yè)鏈。

尤為重要的是，新能源汽車方面，電動汽車可以使用蓄電池、超級電化學(xué)電容器和燃料電池作動力。而鉛碳電池將碳材料與傳統(tǒng)負(fù)極材料鉛混合形成復(fù)合負(fù)極，負(fù)極引入碳材料后，可有效改善硫酸鹽化現(xiàn)象，提高充電接受能力和倍率性能，使電池具有高功率放電、快速充放、長循環(huán)壽命的特點，是對鉛酸電池技術(shù)的提升和改進(jìn)。改進(jìn)后，產(chǎn)品充電時間為鉛酸電池的八分之一，循環(huán)壽命為鉛酸電池的4倍以上，與鋰電池相比，也具有低溫性能好、成本低、生產(chǎn)及回收工藝成熟等優(yōu)勢，成為微混、輕混節(jié)能型汽車的車用電源理想解決方案之一，具有良好的市場前景。

此外，各類型化學(xué)與物理電源（電池）在通信、交通、工業(yè)、醫(yī)療、家用電器，乃至航天與軍事等裝備與裝置中都有越來越廣泛應(yīng)用，起到重要、甚至關(guān)鍵作用。

更值得提及的是，在“十二五”末期，我國新能源汽車逐步走向市場，帶動了化學(xué)電源中動力型蓄電池產(chǎn)業(yè)發(fā)展以及燃料電池研制、演示評價等。加之我國再生能源的產(chǎn)業(yè)與市場逐步推廣，又帶動了一批儲能型電池技術(shù)與產(chǎn)業(yè)的逐步形成與發(fā)展，例如儲能鋰離子電池、液流電池、新型超級（鉛碳）電池和超級電容器等。另外，鉛碳或超級電池技術(shù)顯著提升了電池壽命，顯示了低成本儲能應(yīng)用的可行性。因此，隨著微混車輛普及和儲能系統(tǒng)的進(jìn)一步發(fā)展，預(yù)期鉛碳電池將成為2020年前鉛酸蓄電池市場持續(xù)增長的重要根基。

公司簡介：

吉林省凱禹電化學(xué)儲能技術(shù)發(fā)展有限公司成立于2015年5月4日，是一家致力于電化學(xué)儲能材料、器件和應(yīng)用技術(shù)，以及延伸產(chǎn)品的研究、開發(fā)、產(chǎn)品試制、系統(tǒng)集成、應(yīng)用示范以及市場推廣、產(chǎn)品銷售和技術(shù)服務(wù)的高新技術(shù)企業(yè)，也是吉林大學(xué)（珠海）電化學(xué)儲能技術(shù)產(chǎn)業(yè)化工程實驗室鉛碳電池研發(fā)基地。于2018年，獲得省高校產(chǎn)學(xué)研引導(dǎo)基金的資金支持。凱禹儲能目前專注于先進(jìn)鉛酸電池（鉛碳電池）及其相關(guān)材料的基礎(chǔ)研究、核心技術(shù)開發(fā)、電池系統(tǒng)集成、應(yīng)用研究與批量化生產(chǎn)等工作，將在光伏、風(fēng)力發(fā)電、分布式儲能、混合動力汽車以及備用電源等多領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)應(yīng)用示范與商業(yè)化推廣。