铅酸蓄电池生命力旺盛

屈联西

            “铅酸蓄电池的研发明显受到冷落”

     “铅酸蓄电池是一种比较古老的电池，已有一百多年的历史，是一种价格比较便宜、性能稳定的电池。目前，铅酸蓄电池的发展趋势是，全密封、免维护铅酸蓄电池将逐步取代传统的开口铅酸蓄电池。该种电池消费主要目前主要集中在汽车和摩托车市场，两者占据大多数比重，消费份额为74％左右；电动自行车其次为8％左右；出口7％，其余占11％。”河南豫光金铅集团公司副总工程师王学猛博士说，“但是，与其它类电池相比，铅酸蓄电池的研发明显受到冷落。”  

     他介绍道，锂电池被广泛地应用在手机、笔记本电脑、高端电动自行车方面，这几年锂电在混合动力汽车上也有不错的表现。根据目前的技术状况，现在认为锂电池在48Vl0Ah以下的安全性能是有保障的。有人预计它将是继铅酸蓄电池之后所占比例较大的实用化电池，将用于高端电动自行车产品。但大型锂离子蓄电池和锂聚合物蓄电池在商业化电动车辆(轿车、巴士和混合电动车)上使用还要经过许多艰苦的工作，安全性、价格、电池数量多，系统复杂等是其主要制约因素。  

     镍镉电池属碱性蓄电池, 与酸性蓄电池相比,容器和极板的机械强度高, 寿命长, 无硫化现象, 工作可靠, 耐强电流放电。其缺点是内阻大, 价格高。在日本、法国均有在电动汽车上运营的试验记录，但最终市场情况不详。  

     镍氢电池在物理结构上与镍镉电池相似, 其化学过程是: 氢离子在负极的储氢合金和镍材料正极之间传输。电池是密封的, 并使用一种液态电解质。镍氢电池价格昂贵，多应用在航空、航天部门。该种蓄电池曾被通用汽车公司列为在电动汽车上应用的中期目标，锂电池被列为长期目标。  

     锌空电池的正极板由金属网集电器、活性层等组成的薄空气电极; 负极板是纯锌, 电解液为氢氧化钾水溶液。该种电池具有放电电压稳定, 比能量高（可达150～ 400 wh/kg）没有污染等特点。但工作时要消耗一定的能量用于清除空气中的CO2,另外, 放电电压需受限制等缺点, 这些问题尚都需要进一步解决。  

     这其中，铅蓄电池因其价格便宜、材料来源丰富技术和制造工艺较成熟等综合因素, 将是商业化电动车主要采用的电池, 随着性能不断地改进提高将保持它在电动车上应用的显著地位, 很难被完全取代, 但要重视对它的研究和改进提高。  

     电动自行车用锂离子蓄电池及聚合物锂离子蓄电池将是首先商业化、大批量在车上使用, 它将是继铅蓄电池之后所占比例较大的实用化电池, 将用于高端电动自行车产品。大型锂离子蓄电池和锂聚合物蓄电池在商业化电动车辆( 轿车、巴士和混合电动车) 上使用还要经过许多艰苦的工作, 安全性、价格、电池数量多, 系统复杂等是主要制约因素。  

     镍氢蓄电池在我国的纯电动汽车和电动自行车上真正使用的不多，但在混合电动车上已普遍采用( 包括轿车和巴士) , 成为主流电池。但高价格和资源问题限制其推广和发展。

                “一切市场说了算”  

     近日，我国电池行业首批技术专家、郑州轻工业学院王力臻教授，到有40多年铅酸蓄电池生产历史的河南豫光金铅集团公司调研。谈到整个电池行业的发展及铅酸蓄电池的未来，他强调，“一切市场说了算。”  

     王力臻教授指出，电池技术发展的影响因素主要有国家产业政策、市场、资源、技术垄断与技术可行性、软硬件条件的影响等。2008年，全国电池总产量为344.4亿只(不含扣式电池)，超过全球产量的一半。其中，一次电池309.7亿只，小型二次电池34.65亿只，铅酸电池9077万kvah，太阳能电池2000MW。电池总销售额为2924.59亿元，其中一次电池、小型二次电池、铅酸电池各约占800亿元左右，太阳能电池约占500亿元。  

     王力臻教授说，电池技术发展的基本特征为，市场的进一步分化，引导同系列同规格电池以及不同系列但同规格电池的多样性并存；技术进步(新型电源、新材料、新工艺、新方法等)的速度显著提高；混合能源供应系统将逐步替代单一能源系统；可持续发展（降低原材料消耗、降低能耗、环境保护等）的要求越来越高；原创意识与知识产权保护意识（技术壁垒）显著增强；由市场、产品、资本等垄断向技术垄断转化速度急增。  

     关于铅酸电池技术现状与发展方向，王力臻教授指出，几种代表性技术进步表现在：铅酸电池向密闭化、轻量化、长寿命发展；电动自行车等动力型电池飞速增长；胶体电池与类胶体电池增加；电池的低温启动与浮充性能不断提高；光伏电池系统大量应用；新的电池结构设计，稀土合金、无镉合金等新型铅合金的应用，以及种类繁多的新型添加剂等，都使电池性能不断提高。存在不足是电池的高温浮充性能有待提高，动力型电池低温性能差，与其他电池相比，重量大，能量密度低，高低温循环性能不高等。  

     王力臻教授强调，铅酸电池经历150年而不衰，在镉—镍电池、氢—镍电池、锂离子电池等新型电池相继上市的几十年中，仍能牢固地占据半数以上的市场份额；我国电动自行车年产2000多万辆，保有量一亿多辆，绝大多数配用铅酸电池；全世界的各种内燃机车，每一辆都用一块铅酸电池，这绝非偶然。除了其技术成熟、价格低廉、安全性高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，如全密封式、管式、水平式等新结构；新组分铅合金电极，促进比能量逐渐提高，循环寿命可长达4500次。

                “863计划应支持铅酸电池技术发展”  

     中国工程院杨裕生院士呼吁：“863计划应支持铅酸电池技术发展。”  

     杨裕生院士说，去年，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，其中用于电池及其材料生产的为15亿美元。细观其内容，铅酸电池“竟然”包括在“下一代电池”内。  

     “十五”期间，电动车专项的一次动力电池进展评估会上，杨裕生院士向科技部分管“863”计划的一位副司长建议发展高技术铅酸电池。这位副司长回答说，铅酸电池太古老了，不能列入高新技术，否则，我们要被人骂的。说话态度很诚恳，看来确有为难之处。  

     这些年，杨裕生院士在不同场合继续呼吁重视铅酸电池技术的发展，但没有效果。见到奥巴马宣布的“下一代电池和电动车”支持计划，其中就有3430万美元和3250万美元分别支持两家公司发展“超级电池”的项目，不禁令他感慨一番。  

     什么是“超级电池”？所谓“超级电池”(UltraBattery)，是将超级电容器与铅酸电池的并联使用(可称“外并”)，进化为“内并”(lead-acid battery with a carbon supercapacitor combination)，就是将双电层电容器的高比功率、长寿命的优势融合到铅酸电池中，在保持“外并”提高功率、延长电池寿命优点的同时，又能简化电路，提高比能量，并降低总费用。  

     “超级电池”关键技术有二，一是适合于硫酸电解液的高性能电容炭材料，二是电容炭与铅负极的复合。  

     杨裕生院士在研究双电层电容器的过程中，早就有意(也有基础)研究这种复合式电池，但苦于得不到支持。美国的“专项”出炉了，其对“超级电池”的支持经费若换算成人民币约为4.5亿元。他希望这“外来的和尚会念经”，能够在中国戒除对铅酸电池的偏见，使铅酸电池技术获得扎扎实实的支持。  

     杨裕生院士指出，铅酸电池生命力旺盛，铅酸电池没有过时，铅酸电池有新技术。“超级电池”便是其中的一种，可大减重量的泡沫炭板栅是又一种。“863”计划应该支持“超级电池”，不宜迟疑。为此，他建议政府拿出4500万元人民币(相当于美国的1/10)，支持两三个产—研组合，再加上企业的1∶1配套资金，用两年的时间研制“超级电池”及其电容炭，并形成一定规模的生产能力。这也是应对金融危机、拉动内需的最好举措之一。  

     杨裕生院士进一步指出，“超级电池”有利于减轻铅污染。一说到铅酸电池，往往必说铅有污染环境的问题。其实，铅酸电池是所有电池中回收率最高的品种，而且大企业生产过程对铅也已有严格控制。要切实解决的是铅矿开采冶炼中和废电池再生中的铅、酸污染；只要环保部门认真负责抓紧，问题并不难解决。  

     “超级电池”内的用铅量比现有铅酸电池大为减少，使用寿命延长又能减轻再生的工作量，这些均直接有利于减轻铅的污染。  

     杨裕生院士确信，“超级电池”将在我国已经大发展的电动自行车和正在启动的电动汽车中，产生巨大的经济效益和社会效益。 ( 屈联西)

如媛

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