鉛酸蓄電池是當前廣泛使用的一種化學(xué)電源。應用河北電科院研發(fā)的退役鉛酸蓄電池柔性活化與綜合利用技術(shù)，退役鉛酸蓄電池經(jīng)活化、檢測及重組后，容量可恢復至額定容量的92.5%以上，使用壽命延長(cháng)約兩年。
每年大量鉛酸蓄電池退役
有關(guān)數據顯示，當前儲能設備和備用電源大多使用鉛酸蓄電池。在變電站內，鉛酸蓄電池為保護設備、通信設備、不間斷電源等提供應急供電。每年都有大量的鉛酸蓄電池因容量衰減、無(wú)法滿(mǎn)足技術(shù)標準而退役。
“退役的鉛酸蓄電池具有一定的容量保持率，直接報廢不僅浪費資源，還可能破壞環(huán)境。解決退役鉛酸蓄電池‘再就業(yè)’問(wèn)題十分重要。”宮云茜介紹，實(shí)現退役鉛酸蓄電池活化與綜合利用可以充分發(fā)揮其“剩余價(jià)值”，減少直接報廢拆解的電池數量，降低購置新電池的成本，助力保護環(huán)境。為此，自2020年開(kāi)始，該院組織人員跟蹤研究退役鉛酸蓄電池活化技術(shù)。
當前，退役鉛酸蓄電池活化技術(shù)主要有物理方法和化學(xué)方法兩種。物理方法是依靠改變退役電池充電方式達到活化目的，要擊穿附著(zhù)在電池極板上的惰性硫酸鉛，增大電池活性物質(zhì)與極板的接觸面積，從而恢復電池活性。這種方法操作簡(jiǎn)單，但用時(shí)較長(cháng)，對活化設備及操作條件都有較高的要求。
“化學(xué)方法的見(jiàn)效速度快不少。它是通過(guò)添加化學(xué)活化劑來(lái)提高硫酸鉛的溶解度，使惰性硫酸鉛溶解并轉化為活性物質(zhì)，進(jìn)而讓電池重新煥發(fā)活力。”河北電科院環(huán)?；瘜W(xué)所副所長(cháng)郁金星說(shuō)，但給電池添加化學(xué)活化劑，可能會(huì )增加電池的內阻，改變電解液原結構，導致電池二次壽命較短。
活化新技術(shù)以化學(xué)試劑法為主、物理充電法為輔
“現有電池活化技術(shù)有局限性。我們的目標是找到一種安全有效、操作簡(jiǎn)便的方法，并且盡量使活化后的電池容量恢復至額定容量的80%以上。”河北電科院環(huán)?；瘜W(xué)所環(huán)保技術(shù)研究專(zhuān)責車(chē)凱說(shuō)。該院聯(lián)合華北電力大學(xué)成立了鉛酸蓄電池活化處理及綜合利用技術(shù)攻關(guān)團隊，開(kāi)始探索新技術(shù)新方法。
針對變電站內使用的鉛酸蓄電池，攻關(guān)團隊分析了其活性影響因子及失活機理。經(jīng)過(guò)對比實(shí)驗，他們發(fā)現了鉛酸蓄電池壽命影響核心因子與活化性能耦合關(guān)系，建立起電池參量與活性之間的構效關(guān)系。
在此基礎上，攻關(guān)團隊著(zhù)重研究了原位晶體消解方法，開(kāi)發(fā)了多組分柔性活化劑，根據失效程度給退役鉛酸蓄電池分級，并為其分別匹配最優(yōu)的活化方式，形成了退役鉛酸蓄電池柔性活化與綜合利用技術(shù)。“針對負極硫酸鹽化及電解液干涸?xún)煞N失效模式，我們通過(guò)25組實(shí)驗探究了單一與復合試劑的活化能力，獲得了適用于不同失效程度退役鉛酸蓄電池的柔性活化劑最佳配比，開(kāi)發(fā)了以化學(xué)試劑法為主、物理充電法為輔的活化技術(shù)。”車(chē)凱介紹。
2022年，攻關(guān)團隊配套研制了退役鉛酸蓄電池活化及檢測一體化移動(dòng)平臺。相關(guān)人員利用該平臺“一鍵操作”即可就地完成鉛酸蓄電池容量實(shí)時(shí)檢測和活化操作，提升了活化的效率和便捷性。
相關(guān)成果使316節退役鉛酸蓄電池重新“上崗”
“我們通過(guò)微調活化劑比例和改變活化方法，滿(mǎn)足不同等級退役鉛酸蓄電池活化及不同二次利用場(chǎng)景的需求，效率高且環(huán)保。”郁金星說(shuō)。除了研發(fā)電池活化相關(guān)技術(shù)，他們還搭建了一套涵蓋性能、安全性、外觀(guān)形變程度等綜合指標測試的鉛酸蓄電池再利用測試和驗證平臺，幫助退役電池做“體檢”。該平臺可以綜合評價(jià)電池的安全性、可靠性，掌握二次利用前電池的性能指標與安全指標。而在測試和驗證后，攻關(guān)團隊也會(huì )對退役鉛酸蓄電池進(jìn)行綜合性能評價(jià)，根據情況選擇活化或其他安全環(huán)保的處置方式。
攻關(guān)團隊在衡水源網(wǎng)荷儲分布式微網(wǎng)示范工程、雄安零碳交通示范工程碳化硅柔性變電站試用相關(guān)成果，目前已累計完成了316節退役鉛酸蓄電池的活化再利用?；罨蟮碾姵厝萘科毡榛謴椭令~定容量的92.5%以上，重新“上崗”后助力電力設備安全運行。該成果降低了電池更換的頻次，也降低了電池購置的成本。據攻關(guān)團隊測算，單次檢測活化費用僅為購置同型號電池費用的10%。
河北電科院將推進(jìn)該成果在批量退役鉛酸蓄電池應用方面的研究，并探索其在新能源、儲能等行業(yè)的應用。
