鉛炭電池是一種電容型鉛酸電池，是從傳統(tǒng)的鉛酸電池演進(jìn)出來的技術(shù)，它是在鉛酸電池的負(fù)極中加入了活性碳，能夠顯著提高鉛酸電池的壽命。鉛炭電池是一種新型的超級電池，是將鉛酸電池和超級電容器兩者合一：既發(fā)揮了超級電容瞬間大容量充電的優(yōu)點，也發(fā)揮了鉛酸電池的比能量優(yōu)勢，且擁有非常好的充放電性能--90分鐘就可充滿電(鉛酸電池若這樣充、放，壽命只有不到30次)。而且由于加了碳(石墨烯)，阻止了負(fù)極硫酸鹽化現(xiàn)象，改善了過去電池失效的一個因素，更延長了電池壽命。
原理
美國賓夕法尼亞州的Axion Power公司研發(fā)的一種基于鉛碳技術(shù)的新型蓄電池，也就是鉛碳電池，就是將高比表面碳材料（如活性碳、活性碳纖維、碳?xì)饽z或碳納米管等）摻入鉛負(fù)極中，發(fā)揮高比表面碳材料的高導(dǎo)電性和對鉛基活性物質(zhì)的分散性，提高鉛活性物質(zhì)的利用率，并能抑制硫酸鉛結(jié)晶的長大。原理和超級電池相似，它是另一類的超級電池。將碳材料加入到負(fù)極板中發(fā)揮其超級電容的瞬間大容量充電的優(yōu)點，在高倍率充/放電期間起到緩沖器的作用，有效地保護(hù)負(fù)極板，抑制“硫酸鹽化”現(xiàn)象。
結(jié)構(gòu)
鉛炭電池是將具有雙電層電容特性的炭材料（C）與海綿鉛（Pb）負(fù)極進(jìn)行合并制作成既有電容特性又有電池特性的鉛炭雙功能復(fù)合電極（簡稱鉛炭電極），鉛炭復(fù)合電極再與PbO2正極匹配組裝成鉛炭電池。
鉛碳電池是將非對稱超級電容器與鉛酸電池采用內(nèi)并聯(lián)方式兩者合一的混合物，作為一種新型的超級電池，鉛炭電池是將鉛酸電池和超級電容器兩者技術(shù)的融合，是一種既具有電容特性又具有電池特性的雙功能儲能電池。因此既發(fā)揮了超級電容瞬間功率性大容量充電的優(yōu)點，也發(fā)揮了鉛酸電池的能量優(yōu)勢，一個小時就可充滿電。擁有很好的充放電性能。
研究歷程
鉛碳電池作是一種新型的超級電池，而超級電池的概念由澳大利亞聯(lián)邦科學(xué)及工業(yè)研究組織（CSRIO）的L.T Lam等人首先提出，2004年申請了“高性能儲能裝置”的專利，給出了超級電池鉛電池電極和活性炭電容器共用一個二氧化鉛正極的基本結(jié)構(gòu)。
日本工作者在此基礎(chǔ)上開始了超級蓄電池的研究和商業(yè)化開發(fā)工作，2007年4月該鉛炭超級電池應(yīng)用于混合動力車上，進(jìn)行實車測試，2008年1月15日通過了10萬英里（約160000km）的壽命測試，而電池狀況仍然非常健康。
2006年，L.T Lam博士及日本的研發(fā)團(tuán)隊發(fā)表了一系列的研究成果，介紹了超級蓄電池在部分荷電態(tài)大電流放電性能以及將超級蓄電池應(yīng)用于微混和中度混合電動車的研究進(jìn)展。
2007年，美國Axion Power申請了“用于混合儲能裝置的負(fù)極”和“混合儲能裝置機(jī)器制造方法”兩項專利。
2012年，印度研究人員Saravanan等發(fā)表了雙極耳超級蓄電池的研究成果，該蓄電池的負(fù)極一半是純鉛另一半是海綿狀鉛活性物質(zhì)，研究結(jié)果顯示放電功率和部分荷電狀態(tài)的循環(huán)壽命均大幅提高。
應(yīng)用
由于使用了鉛炭技術(shù)，鉛炭電池的性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于傳統(tǒng)的鉛酸蓄電池，可應(yīng)用于新能源車輛中，如：混合動力汽車、電動自行車等領(lǐng)域；也可用于新能源儲能領(lǐng)域，如風(fēng)光發(fā)電儲能等。鉛carbon電池具有與傳統(tǒng)鉛酸電池相近的低廉價格優(yōu)勢及成熟的工業(yè)制造基礎(chǔ)，在各種應(yīng)用領(lǐng)域有著極強(qiáng)的競爭力優(yōu)勢。
這種混合技術(shù)能夠在車輛加速和制動期間快速地輸出和輸入電荷，特別適合于微混合動力車的“停止一啟動”系統(tǒng)。鉛碳電池可以提高原來鉛蓄電池的功率，延長使用壽命。
特性
技術(shù)優(yōu)勢
鉛炭電池是鉛酸電池的創(chuàng)新技術(shù)，相比鉛酸電池有著諸多優(yōu)勢。鉛炭電池有以下優(yōu)勢：一是充電快，提高8倍充電速度；二是放電功率提高了3倍；三是循環(huán)壽命提高到6倍，循環(huán)充電次數(shù)達(dá)2000次；四是性價比高，比鉛酸電池的售價有所提高，但循環(huán)使用的壽命大大提高了；五是使用安全穩(wěn)定，可廣泛地應(yīng)用在各種新能源及節(jié)能領(lǐng)域。此外，鉛炭電池也發(fā)揮了鉛酸電池的比能量優(yōu)勢，且擁有非常好的充放電性能——90分鐘就可充滿電（鉛酸電池若這樣充、放，壽命只有不到30次）。而且由于加了碳（石墨烯），阻止了負(fù)極硫酸鹽化現(xiàn)象，改善了電池失效的一個因素。
1、正負(fù)極鉛膏采用獨特的配方和優(yōu)化的固化工藝。正極活性物質(zhì)抗軟化能力強(qiáng)，深循環(huán)壽命好，活性物質(zhì)利用率高；負(fù)極鉛膏抗硫化能力強(qiáng)，容量衰減率低，低溫啟動性能好。
2、正極板柵采用新型特制合金和合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計，抗腐蝕性能好，電流分布合理，與活性物質(zhì)結(jié)合緊密，大電流性能和充電接受能力強(qiáng)。
3、采用新型電解液添加劑，電池的析氫、析氧過電位高，電池不易失水。
4、當(dāng)電池在頻繁的瞬時大電流充放電工作時，主要由具有電容特性的炭材料釋放或接收電流，抑制鉛酸電池的“負(fù)極硫酸鹽化”，有效地延長了電池使用壽命；
5、當(dāng)電池處于長時間小電流工作時，主要由海綿鉛負(fù)極工作，持續(xù)提供能量；
6、鉛碳超級復(fù)合電極高碳含量的介入，使電極具有比傳統(tǒng)鉛酸電池有更好的低溫啟動能力、充電接受能力和大電流充放電性能。
性能方面，鉛炭電池同時具有鉛酸電池和電容器的特點。活性炭的加入，提升了電池的功率密度，延長了循環(huán)壽命，同時由于活性炭占據(jù)了部分電極空間，導(dǎo)致能量密度降低，也可能增加電極析氣量。在工藝方面，活性炭的加入，增加了調(diào)漿和極片涂布難度。總體而言，鉛炭電池性能優(yōu)于普通鉛酸電池，是一種先進(jìn)鉛酸電池，也是鉛酸電池技術(shù)發(fā)展的主流方向。
主要問題
鉛炭電池鉛酸電池能量密集度高，適合作為太陽能和風(fēng)能儲能的后備選項。鉛炭電池的推廣也面臨著成本問題。鉛炭電池的成本費用需要降低成本至每千瓦小時150-200美元才可行。
1.高碳鉛酸電池的炭材料添加量為4%以上，對于普通的鉛酸電池，碳材料的添加量為0.2%以下。那么對于鉛炭電池碳材料的最佳添加量是一個有待探討的問題。
2.鉛粉和碳材料的混合，以何種方式加入才能使碳材料與鉛粉均勻混合，且能夠保證負(fù)極鉛-炭混合材料涂膏的穩(wěn)固性，極板和鉛膏的結(jié)合能力，達(dá)到保證負(fù)極板的強(qiáng)度要求。
3.在進(jìn)行外化成后，負(fù)極板表面有炭材料析出，出現(xiàn)板柵膨脹變形現(xiàn)象。
4.炭材料的加入會加劇負(fù)極析氫問題，使蓄電池失水嚴(yán)重，免維持性能降低，導(dǎo)致蓄電池失效模式發(fā)生改變。
5.炭材料和鉛粉密度相差非常大，添加后負(fù)極板的孔隙率大幅度上升，負(fù)極易被氧化。
解決方案
這電池技術(shù)的進(jìn)一步研究都至關(guān)重要，在材料、設(shè)計和工程系統(tǒng)上的改進(jìn)和成本上的降低都是很必要的。
1.若要使鉛炭電池具有超級電容的效果，炭材料的添加量一定要大于4%，國內(nèi)外研究表明炭材料的添加量可以達(dá)到10%~20%。
2.若保證負(fù)極鉛-炭混合材料涂膏的穩(wěn)固性、極板和鉛膏的結(jié)合能力，必須加入適用于鉛蓄電池的粘結(jié)劑，例如PTFE,CMC,氯丁橡膠等。
3.要保證負(fù)極板的強(qiáng)度，首先在和膏時要保證鉛膏濕密度，鉛膏濕密度在4.2~4.5g/cm3最佳。加入適量粘結(jié)劑或短纖維，采用機(jī)器涂膏以增加涂膏壓力都可以達(dá)到保證極板強(qiáng)度的目的。
4.為防止化成時炭材料的損失和板柵膨脹變形，可以采用內(nèi)化成工藝，注意內(nèi)化成的電流設(shè)計工藝應(yīng)適當(dāng)進(jìn)行調(diào)整。
5）對于負(fù)極析氫問題，可以向負(fù)極活性物質(zhì)中添加適量的抑制析氫添加劑，例如氧化銀，鋅的化合物等。
6）在防止負(fù)極氧化方面，可以采取內(nèi)化成工藝：若是做外化成，則要適當(dāng)延長無氧干燥時間。
發(fā)展前景
鉛炭電池是鉛酸蓄電池領(lǐng)域最先進(jìn)的技術(shù)，也是國際新能源儲能行業(yè)的發(fā)展重點，具有非常廣闊的應(yīng)用前景。儲能電池技術(shù)是制約新能源儲能產(chǎn)業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)之一。光伏電站儲能、風(fēng)電儲能和電網(wǎng)調(diào)峰等儲能領(lǐng)域，要求電池具有功率密度較大，循環(huán)壽命長和價格較低等特點。
鉛炭電池、鋰離子電池和液流電池是新能源儲能電池的三大發(fā)展方向。
其中，鋰電成本相對較高，一致性問題也仍然存在；液流電池成本也很高；而鉛炭電池是相對實際可行的儲能技術(shù)路線。普通鉛酸電池具有低成本優(yōu)勢，但其循環(huán)壽命短的缺點，導(dǎo)致單位次數(shù)儲能成本較高。鉛炭電池由于加入了活性炭，阻止了負(fù)極硫酸鹽化現(xiàn)象，延長了電池壽命，同時也降低了單位次數(shù)使用成本，在新能源儲能領(lǐng)域發(fā)展?jié)摿艽蟆?/p>
鉛炭電池在部分荷電態(tài)下循環(huán)壽命和功率性充放電性能方面得到大幅提高，再加上成本等優(yōu)勢，大大提高了鉛炭技術(shù)在各類儲能系統(tǒng)中的應(yīng)用。
中國仍然處于儲能產(chǎn)業(yè)化的初級階段，處于多種儲能技術(shù)并存的狀態(tài)，不論是鉛炭電池、鋰電池和液流電池等，在不同的應(yīng)用領(lǐng)域會有不同的優(yōu)勢，主流儲能技術(shù)將由市場選擇。
參考資料 >
鉛炭儲能電池研發(fā)中存在的問題.光伏太陽能網(wǎng).2018-11-06
鉛碳（lead-carbon）電池介紹.中國儲能網(wǎng).2014-01-22
告訴你一個真實的鉛炭電池 莫被概念混淆.中國電池網(wǎng).2018-11-06
鉛炭電池在新能源儲能領(lǐng)域發(fā)展?jié)摿Υ?/a>.中國金屬網(wǎng).2014-01-22
化學(xué)儲能電池的成熟和商業(yè)化.中國能源報.2014-01-22