凱禹儲能：將生物質與科技完美結合

張志強 胡梓博 許皓

吉林凱禹儲能總經理林海波

以創新為驅動，科技為先導，吉林省凱禹電化學儲能技術發展有限公司（簡稱凱禹儲能）與吉林大學研發團隊共同研發，用高科技手段，以及最前沿的技術將稻殼用于電池生產，實現了生物質與科技的完美結合與科研成果轉化。

生物質用于電池生產

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電化學儲能技術產業化工程實驗室，研發出一種新型的鉛蓄電池——基于生物質（稻殼）基碳材料的高性能儲能型鉛碳電池，在鉛酸電池的負極中加入了自主研制的稻殼基電容性活性碳復合添加劑，這一技術改進使得公司鉛碳電池的電化學性能和壽命較傳統鉛酸電池均更勝一籌，電池的循環使用性能達到2800次，電池壽命達10年以上。有效解決了普通的鉛酸電池的弊端，可在光伏、風力發電、分布式儲能、混合動力汽車等多領域實現應用示范與商業化推廣。

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

“小小稻殼”終結國外技術壟斷

“小小的稻殼，成了我們打破國外技術壟斷的關鍵。尤其是我們吉林大米的稻殼，它的孔隙結構多樣性的特征，更加有利于我們的技術突破！”凱禹儲能的公司負責人告訴記者，這等于對振興東北老工業基地的經濟貢獻了一份力量。制作長壽命的鉛碳電極是鉛碳電池開發的關鍵，公司采用具有大孔結構的稻殼基電容碳材料與鉛復合，以構造穩定的極板，這是其他商業化碳材料所不具有的優勢。同時，采用了先進的電極制作技術，使得電池在高倍率部分荷電狀態（HRPSOC）下的循環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，因此需要開發鉛碳電池的儲能模塊技術。電池模塊化是指將2V的單體電池通過必要地并聯和串聯技術，配組成百千瓦級的電池模塊，這是鉛碳電池儲能應用的前提。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、電壓的均勻性進行系統考察，記錄并探索其相應的變化及影響規律性。在此基礎上，進行大面積-大功率模塊結構設計，并對電池模塊的充放電行為進行試驗考核，認識電壓效率等關鍵指標隨時間（工作過程）的變化規律，開發出可應用于規模儲能鉛碳電池模塊的集成技術。

核心技術 打造國際領先品牌

目前，國內制約鉛碳電池商業化應用的關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低于鉛電極，因此在鉛碳電極充電過程中會導致析氫，尤其是在高荷電狀態下的運行以及鉛負極被極化到很低的電勢的情況下，導致電解液干涸，壽命降低。

凱禹儲能研制開發的鉛碳電池具有世界領先水平，提高了鉛酸電池在高倍率部分荷電狀態下的循環性能，顯著延長了電池的壽命，產品已經在保加利亞“第十屆國際鉛酸電池會議上，得到同行認可。

技術是推動企業發展的關鍵因素，此前，為了突破技術上的瓶頸，凱禹儲能與吉林大學的研發團隊合作，進行本項目的技術研發和產品產業化工作。

吉林大學擁有無機合成與制備化學國家重點實驗室、新型電源物理與技術教育部重點實驗室以及吉林大學電化學儲能技術產業化工程實驗室等國家、省（部）、學校研發平臺，在基于稻殼基電容碳材料及其鉛碳電池基礎研究、電化學工程研究等方面具有良好的研究基礎。

凱禹儲能具備了經驗豐富的研發團隊、先進的研發設備，累計了遠超同行業平均水平的技術優勢。

突破難點 確立企業競爭優勢

“我們公司現有7名博士，專注于突破技術難點！”據公司相關負責人介紹，目前，世界各國已經加快對鉛碳電池的研制，而我國鉛碳電池的起步較晚，目前國內僅有少數高校與大型蓄電池生產企業對其進行了研究，多處于研發階段。而鉛碳電池研發的技術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，通常可分為三類：活性碳、模板碳、碳納米管。其中，大多數多孔碳材料具有非常寬的孔徑分布與隨意連接的孔道，及無序和復雜的結構，導致材料的導電性和離子傳輸差，使得在超級電容器的應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碳材料的結構非常困難。因此，模板法被認為是一種能夠提供良好設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構、良好的導電性、高的可接觸表面積、穩定性好以及交互纏繞的納米大小網狀結構等優良特性。

精準分析了活性碳、模板碳、碳納米管三種電極材料的優缺點后，公司的專家團隊一鼓作氣，成功研發了鉛碳電池，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合在一起，既可以發揮超級電容器瞬間大容量充電的優點，也發揮了鉛酸電池的比量優勢，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，循環壽命提高6倍，循環充電次數可達2000次以上，鉛碳電池成為新型的鉛酸電池技術之一。

放眼未來 勇立市場最前端

未來，公司將把目標瞄準新能源汽車的巨大市場。預計到2020年，形成中小企業規模，建設完成30MWh生產示范線并投入運營，完善儲能領域上中下游產品設計開發。2020-2022年期間，拓展鉛碳電池銷售領域至混合動力新能源車輛，從而搶占東北地區車用鉛碳電池市場，形成成熟的鉛碳電池產業鏈。

尤為重要的是，新能源汽車方面，電動汽車可以使用蓄電池、超級電化學電容器和燃料電池作動力。而鉛碳電池將碳材料與傳統負極材料鉛混合形成復合負極，負極引入碳材料后，可有效改善硫酸鹽化現象，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、長循環壽命的特點，是對鉛酸電池技術的提升和改進。改進后，產品充電時間為鉛酸電池的八分之一，循環壽命為鉛酸電池的4倍以上，與鋰電池相比，也具有低溫性能好、成本低、生產及回收工藝成熟等優勢，成為微混、輕混節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，各類型化學與物理電源（電池）在通信、交通、工業、醫療、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用，起到重要、甚至關鍵作用。

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，帶動了化學電源中動力型蓄電池產業發展以及燃料電池研制、演示評價等。加之我國再生能源的產業與市場逐步推廣，又帶動了一批儲能型電池技術與產業的逐步形成與發展，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顯著提升了電池壽命，顯示了低成本儲能應用的可行性。因此，隨著微混車輛普及和儲能系統的進一步發展，預期鉛碳電池將成為2020年前鉛酸蓄電池市場持續增長的重要根基。

公司簡介：

吉林省凱禹電化學儲能技術發展有限公司成立于2015年5月4日，是一家致力于電化學儲能材料、器件和應用技術，以及延伸產品的研究、開發、產品試制、系統集成、應用示范以及市場推廣、產品銷售和技術服務的高新技術企業，也是吉林大學（珠海）電化學儲能技術產業化工程實驗室鉛碳電池研發基地。于2018年，獲得省高校產學研引導基金的資金支持。凱禹儲能目前專注于先進鉛酸電池（鉛碳電池）及其相關材料的基礎研究、核心技術開發、電池系統集成、應用研究與批量化生產等工作，將在光伏、風力發電、分布式儲能、混合動力汽車以及備用電源等多領域實現應用示范與商業化推廣。