凯禹储能：将生物质与科技完美结合

张志强 胡梓博 许皓

吉林凯禹储能总经理林海波

以创新为驱动，科技为先导，吉林省凯禹电化学储能技术发展有限公司（简称凯禹储能）与吉林大学研发团队共同研发，用高科技手段，以及最前沿的技术将稻壳用于电池生产，实现了生物质与科技的完美结合与科研成果转化。

生物质用于电池生产

普通的铅酸电池存在寿命短、放电深度低的问题。凯禹储能依托于吉林大学电化学储能技术产业化工程实验室，研发出一种新型的铅蓄电池——基于生物质（稻壳）基碳材料的高性能储能型铅碳电池，在铅酸电池的负极中加入了自主研制的稻壳基电容性活性碳复合添加剂，这一技术改进使得公司铅碳电池的电化学性能和寿命较传统铅酸电池均更胜一筹，电池的循环使用性能达到2800次，电池寿命达10年以上。有效解决了普通的铅酸电池的弊端，可在光伏、风力发电、分布式储能、混合动力汽车等多领域实现应用示范与商业化推广。

目前，公司产品风光互补储能专用铅碳电池目前已投入市场，且已取得300多万产品试销收入，市场反响良好。

“小小稻壳”终结国外技术垄断

“小小的稻壳，成了我们打破国外技术垄断的关键。尤其是我们吉林大米的稻壳，它的孔隙结构多样性的特征，更加有利于我们的技术突破！”凯禹储能的公司负责人告诉记者，这等于对振兴东北老工业基地的经济贡献了一份力量。制作长寿命的铅碳电极是铅碳电池开发的关键，公司采用具有大孔结构的稻壳基电容碳材料与铅复合，以构造稳定的极板，这是其他商业化碳材料所不具有的优势。同时，采用了先进的电极制作技术，使得电池在高倍率部分荷电状态（HRPSOC）下的循环使用性能得到显著提升、电池寿命大大延长。

铅碳电池采用的储能电池单体与普通电池模块也有不同的性能要求，因此需要开发铅碳电池的储能模块技术。电池模块化是指将2V的单体电池通过必要地并联和串联技术，配组成百千瓦级的电池模块，这是铅碳电池储能应用的前提。因此，必须研究在大功率模块条件下铅碳电池配组特性与规律，并对典型电池工作条件下大电池模块各单电池电阻、电压的均匀性进行系统考察，记录并探索其相应的变化及影响规律性。在此基础上，进行大面积-大功率模块结构设计，并对电池模块的充放电行为进行试验考核，认识电压效率等关键指标随时间（工作过程）的变化规律，开发出可应用于规模储能铅碳电池模块的集成技术。

核心技术 打造国际领先品牌

目前，国内制约铅碳电池商业化应用的关键问题主要包括以下两点：首先，碳材料与铅膏的相容性不好、机械混合性能差、结合不紧密等特点容易使碳材料从铅膏中析出;其次，碳材料的析氢过电位远低于铅电极，因此在铅碳电极充电过程中会导致析氢，尤其是在高荷电状态下的运行以及铅负极被极化到很低的电势的情况下，导致电解液干涸，寿命降低。

凯禹储能研制开发的铅碳电池具有世界领先水平，提高了铅酸电池在高倍率部分荷电状态下的循环性能，显著延长了电池的寿命，产品已经在保加利亚“第十届国际铅酸电池会议上，得到同行认可。

技术是推动企业发展的关键因素，此前，为了突破技术上的瓶颈，凯禹储能与吉林大学的研发团队合作，进行本项目的技术研发和产品产业化工作。

吉林大学拥有无机合成与制备化学国家重点实验室、新型电源物理与技术教育部重点实验室以及吉林大学电化学储能技术产业化工程实验室等国家、省（部）、学校研发平台，在基于稻壳基电容碳材料及其铅碳电池基础研究、电化学工程研究等方面具有良好的研究基础。

凯禹储能具备了经验丰富的研发团队、先进的研发设备，累计了远超同行业平均水平的技术优势。

突破难点 确立企业竞争优势

“我们公司现有7名博士，专注于突破技术难点！”据公司相关负责人介绍，目前，世界各国已经加快对铅碳电池的研制，而我国铅碳电池的起步较晚，目前国内仅有少数高校与大型蓄电池生产企业对其进行了研究，多处于研发阶段。而铅碳电池研发的技术难点在于电极材料的选取，而多孔碳材料是相对较理想的电极材料，通常可分为三类：活性碳、模板碳、碳纳米管。其中，大多数多孔碳材料具有非常宽的孔径分布与随意连接的孔道，及无序和复杂的结构，导致材料的导电性和离子传输差，使得在超级电容器的应用中倍率性能受到一定的限制。此外，在纳米尺度下精确地控制传统碳材料的结构非常困难。因此，模板法被认为是一种能够提供良好设计和精确地控制碳材料的有效、独特且多功能的方式。另外，碳纳米管可看作是石墨烯片层卷曲而成，按石墨烯片层数的不同可将碳纳米管分为单壁碳纳米管和多壁碳纳米管。碳纳米管具有独特的中空结构、良好的导电性、高的可接触表面积、稳定性好以及交互缠绕的纳米大小网状结构等优良特性。

精准分析了活性碳、模板碳、碳纳米管三种电极材料的优缺点后，公司的专家团队一鼓作气，成功研发了铅碳电池，这是一种新型的超级电池，它将铅酸蓄电池与超级电容器结合在一起，既可以发挥超级电容器瞬间大容量充电的优点，也发挥了铅酸电池的比量优势，所以铅碳电池也被称为电容型铅酸电池。铅碳电池相比传统铅酸蓄电池来说，充電速度提高了8倍，放电功率提高3倍，循环寿命提高6倍，循环充电次数可达2000次以上，铅碳电池成为新型的铅酸电池技术之一。

放眼未来 勇立市场最前端

未来，公司将把目标瞄准新能源汽车的巨大市场。预计到2020年，形成中小企业规模，建设完成30MWh生产示范线并投入运营，完善储能领域上中下游产品设计开发。2020-2022年期间，拓展铅碳电池销售领域至混合动力新能源车辆，从而抢占东北地区车用铅碳电池市场，形成成熟的铅碳电池产业链。

尤为重要的是，新能源汽车方面，电动汽车可以使用蓄电池、超级电化学电容器和燃料电池作动力。而铅碳电池将碳材料与传统负极材料铅混合形成复合负极，负极引入碳材料后，可有效改善硫酸盐化现象，提高充电接受能力和倍率性能，使电池具有高功率放电、快速充放、长循环寿命的特点，是对铅酸电池技术的提升和改进。改进后，产品充电时间为铅酸电池的八分之一，循环寿命为铅酸电池的4倍以上，与锂电池相比，也具有低温性能好、成本低、生产及回收工艺成熟等优势，成为微混、轻混节能型汽车的车用电源理想解决方案之一，具有良好的市场前景。

此外，各类型化学与物理电源（电池）在通信、交通、工业、医疗、家用电器，乃至航天与军事等装备与装置中都有越来越广泛应用，起到重要、甚至关键作用。

更值得提及的是，在“十二五”末期，我国新能源汽车逐步走向市场，带动了化学电源中动力型蓄电池产业发展以及燃料电池研制、演示评价等。加之我国再生能源的产业与市场逐步推广，又带动了一批储能型电池技术与产业的逐步形成与发展，例如储能锂离子电池、液流电池、新型超级（铅碳）电池和超级电容器等。另外，铅碳或超级电池技术显著提升了电池寿命，显示了低成本储能应用的可行性。因此，随着微混车辆普及和储能系统的进一步发展，预期铅碳电池将成为2020年前铅酸蓄电池市场持续增长的重要根基。

公司简介：

吉林省凯禹电化学储能技术发展有限公司成立于2015年5月4日，是一家致力于电化学储能材料、器件和应用技术，以及延伸产品的研究、开发、产品试制、系统集成、应用示范以及市场推广、产品销售和技术服务的高新技术企业，也是吉林大学（珠海）电化学储能技术产业化工程实验室铅碳电池研发基地。于2018年，获得省高校产学研引导基金的资金支持。凯禹储能目前专注于先进铅酸电池（鉛碳电池）及其相关材料的基础研究、核心技术开发、电池系统集成、应用研究与批量化生产等工作，将在光伏、风力发电、分布式储能、混合动力汽车以及备用电源等多领域实现应用示范与商业化推广。