风光互补发电系统（阀控式胶体电池篇）

广州尚能新能源科技有限公司风光互补发电系统的电站一般安装在偏僻远离电网的地区：如森林丛林、沿海流域、河流湖泊、高速公路、沙漠地区、高山地区、矿山地区、海上平台等等；风光互补发电系统中阀控式胶体电池部分属于储能部分，对于系统选型、存储恒温、低温场景应用都有特别的解决方案。

阀控式胶体蓄电池结构和工作原理：

广州尚能阀控式胶体蓄电池是对液态电解质的普通铅酸蓄电池的改进，用胶体电解液代换了硫酸电解液，在安全性、蓄电量、放电性能和使用寿命等方面优于较普通电池；阀控式胶体蓄电池采用二氧化硅凝胶状电解质，内部无游离液体存在，在同等体积下电解质容量大，热容量大，热消散能力强，能避免一般蓄电池易产生热失控现象；电解质浓度低，对极板的腐蚀作用弱；浓度均匀，不存在电解液分层现象，从而在风光互补发电系统中使用寿命方面得到很大的提升。

电池具备阀控气压设计，电池充电时，正极会析出氧气，负极会析出氢气。正极析氧是在正极充电量达到70%时就开始，析出的氧到达负极，跟负极起下述反应，达到阴极吸收的目的。2Pb十O2=2PbO，2PbO十2H2SO4：2PbS04+2H20。负极析氢则要在充电到90%时开始，再加上氧在负极上的还原作用及负极本身氢过电位的提高，从而避免了大量析氢反应，利用阴极吸收原理使电池得以密封的。

1.极板

活性物质二氧化铅（正极）和海绵状铅（负极）都是疏松的多孔体，需要固定在载体上。用铅或铅基合金制成的栅栏片状物为载体，使活性物质固定在其中，这种物体称之为板栅。它的作用是支撑活性物质并传输电流。电池采用Pb-Sb合金制作正负极板栅。电池对板栅要求极为严格，负板栅应该具有很大的析氢过电位，正极板栅应该具有很低的腐蚀速率，所以通常选用Pb-Ca-Sn-Al或Pb-Sb-Cd作正极板栅材料，Pb-Ca合金作负极板栅材料。

铅粉（主要成分为PbO）与稀硫酸混合后铅膏后填涂在板栅上并经固化、干燥等，再于稀硫酸中化成就可分别形成正负极活性物质。铅膏中可添加纤维来提高活性物质的机械强度；另外正极铅膏中可添加碳素材料（如石墨、碳纤维或乙炔黑等）来提高正极活性物质的利用率；负极铅膏中可添加BaSO4、炭黑、腐植酸、木质素等膨胀剂来防止负极活性物质收缩及负极板变形，添加松香、甘油和萘等抑制氢气发生和防止生极板的氧化。

2.隔膜

电池中隔膜的作用是：①防止正负极板短路和活性物质的脱落；②吸收并保持电解液；③作为氧气、离子传输通道。

电池隔膜，一直被国内外广泛使用的是超细玻璃纤维隔膜（AGM）。这种隔膜一般以碱玻璃为原料，经高温熔化制成一次纤维，再经高温高速气流牵引形成直径小于3μm的超细纤维，最后以抄纸法的工艺生产成隔膜。

隔膜质量和性能的好坏将影响蓄电池内阻、氧复合效率、蓄电池大电流放电性能及蓄电池使用容量。AGM隔膜应该具有如下特性：

①优良的耐酸能力和抗氧化能力；

②厚度均匀一致，外观无针孔、无机械杂质；

③孔径小孔率大；

④吸收和保留电解液能力强；

⑤电阻低，能保证导电离子自由迁移；

⑥具有一定的机械强度，耐折性好，能保证蓄电池工艺操作要求；

⑦杂质含量低，尤其是铁、铜的含量要低。

3. 安全阀

电池盖子上装置有单向节流阀（也叫安全阀）：

①使电池保持一定的内压，以提高密闭反应效率；

②当电池内部气压过高时，排气阀自动打开，排出气体，防止壳盖变形或发生爆炸；

③在电池内部压力正常的条件下，防止外部空气进入电池。

④防止电解液蒸发，避免电池干涸。

4. 电解液

电池中，电解液分别与活性物质PbO2组成氧化铅电极，或以活性物质Pb组成铅电极，用来参与电极反应和传导电流。

工业硫酸含杂质较多，不适合蓄电池使用，因此蓄电池必须使用严格控制杂质含量尤其是铁、氯、铜含量的硫酸。另外用于配制电解液的水也要使用严格控制杂质含量的纯水，纯水可以采用离子交换法制得，其纯度可用电导率表示，电导率越小，说明纯水杂质含量越低。

电解液密度对电解液的冰点、粘度、电池电动势、正极板栅腐蚀、负极板活性物质硫酸盐化等都有密切关系，设计电池电解液密度时需要综合考虑以上各因素。电解液密度随着温度的升高而减小。

5.壳盖

用于盛装电池的正、负极板、隔膜和电解液，以及附件的容器称为电池槽，包括电池壳和电池盖。电池壳盖目前采用PP、ABS、PVC等材料，但主要以ABS为主。ABS是丙烯腈-丁二烯-本乙烯的三元共聚物，ABS树脂为粒状或珠状，不透明，无毒无味。采用ABS塑料制作的电池壳盖主要优点是机械性能好，其抗冲击强度、拉伸强度和硬度都较大。

阀控式胶体蓄电池优势：

1.质量高，循环寿命长。广州尚能胶体电解质可对极板周围形成固态保护层，保护极板避免因震动或碰撞而产生损坏，破裂，防止极板被腐蚀，同时也减少了蓄电池在大负荷使用时产生极板弯曲和极板间的短路，不至于导致容量下降，具有很好的物理及化学保护作用，是普通铅酸电池寿命的两倍。

2.单体电池的内阻、容量、浮充电压一致性好，无需均衡充电，免维护。胶体电池最简单的做法是在硫酸中添加胶凝剂，使硫酸电液呈胶态。电液呈胶态的电池通常称之为胶体电池。胶体电池与常规铅酸电池的区别不仅仅在于电液改为胶凝状。例如非凝固态的水性胶体，从电化学分类结构和特性看同属胶体电池。又如板栅中解分高分子材料，俗称陶瓷板栅，亦可视作胶体电池的应用特色。

3.使用安全，利于环保，属于真正意义上的绿色电源。胶体电池的电解质呈固态，密封结构，凝胶电解液，永不漏液，使电池内每一部位的比重保持一致。使用特殊的钙铅锡合金板栅，更耐腐蚀，充电接受能力更好。采用超高强度隔板避免短路的产生。进口优质安全阀，精确阀控调节压力。装备了过滤酸雾隔爆装置，更安全可靠。使用时无酸雾气体析出，无电解质外溢，生产过程中不含对人体有害元素，无毒，无污染，避免了传统铅酸电池在使用过程中电解质大量外溢渗透。浮充电流小，电池发热量少，电解液不发生酸分层。

4.深放电循环性能好。电池深放电后再及时补充电的情况下容量能100%得到回充，能迎合高频率、深程度放电的需要，因此其使用范围比铅酸蓄电池更广泛。

5.自放电小，深放电性能好，充电接受能力强，上下电位差小，电容量大。在低温启动能力，荷电保持能力，电解液保持能力，循环耐久能力，耐震动性能，耐温变性能等方面有显着提高。在20℃室温下储存2年，无需充电即可投入运行。

发电系统中电池安装/选型注意事项：

l 电池在充电时电解液中的水分，被电解之后会产生氢气和氧气，这些都是易燃易爆气体，当电池中或空气中的含氢量累积至爆炸极限时，外部遇到明火，极可能会发生燃烧或爆炸。所以电池存储需要保持通风环境，避免密闭环境使用。

电池安装前需要考虑好恒温问题。避免电池安装太阳光能直接暴晒，因为温度高会加速电解液的挥发，影响电池寿命。可使用电池地埋箱把电池存储在地面下，存储高度根据不同地区的冻土层厚度，建议安装在冻土层以下位置最为佳。

l 标准电池柜地面安装。电池柜设计需要有足够的安全距离和空间，需要具备良好的通风设计，避免阳光直射暴晒。

l 电池极板硫酸盐化。长期充不饱电，放电后长时间搁置，不及时充电，酸密度过高， 长期过放电都会严重减少电池的寿命。

审核编辑 黄昊宇