铅酸电池（VRLA），是一种电极首要由铅及其氧化物制成，电解液是硫酸溶液的蓄电池。铅酸电池放电状态下，正极首要成分为二氧化铅，负极首要成分为铅；充电状态下，正负极的首要成分均为硫酸铅。一个单格铅酸电池的标称电压是2.0V，能放电到1.5V，能充电到2.4V；在运用中，经常用6个单格铅酸电池串联起来组成标称是12V的铅酸电池，还有24V、36V、48V等。
铅酸电池是电池界中的一名老兵，于1859年由法国人G.plante创造，至今已有150多年的前史。一起，在这些年中，铅酸电池的首要作业原理几乎没有变过，能够说是电池界中的元老。一般铅酸电池的正极活性资料是氧化铅（PbO2），负极活性资料是铅（Pb），它们附着在板栅上。铅酸电池以硫酸的水溶液为电解液，结构简略，易于运用。
其充电、放电反响机理如下：
铅酸电池在曩昔一百多年中一向是人类最常用的电池之一，这首要是由于其几个杰出的长处：
1）本钱低价：只要0.6~0.7rmb/Wh；
2）制备工艺简略：制备设备、厂房出资都不大，比较于锂电要小的多；
3）较为安全：爆破焚烧的可能性很低；
4）环境适应性强：具有很宽的作业范围区间，并且功用随温度的改动不像锂离子电池相同剧烈，关于温控体系要求更低；
5）易于收回再利用：废旧的铅酸电池收回活性资料较为简单；
6）技能老练安稳牢靠：已有百余年前史的技能，运用经验丰富，值得依靠。
可是传统铅酸电池也一向有其杰出的问题：
1）寿数问题：传统上只要几百次寿数；
2）大功率作业问题：在0.5C以上的大倍率作业条件下，会发作“硫酸盐化现象，”衰减加快，而这也是铅酸电池寿数欠安的根本原因；
3）能量密度不高：只要20~40Wh/kg，因而大部分关于能量密度较高的场合都选用了锂电池，这也是锂电池近年来强势兴起的重要原因；
4）收回再利用方面：尽管铅酸电池收回并不困难，可是由于收回机制不健全、民众环保认识不强的要素，导致了铅酸电池收回存在许多不正规的现象，因而构成了资源的糟蹋和环境的污染。
跟着社会的前进，社会的各种场合关于电池储能的要求不断进步。在曩昔的几十年中，许多种电池技能都有了长足的前进，而铅酸电池自身的开展也遇到了许多机会与应战。在此布景之下，科学家与工程师共同努力，将铅酸电池的负极活性资料中参加碳，于是就诞生了铅碳电池——这一铅酸电池的晋级版别。
铅碳电池
传统铅酸电池的最大问题在于在大电流，长期执役后呈现的负极的硫酸盐化效应，使得资料发作失效，容量骤降。与此一起，咱们都看过不少关于电池前进的大新闻，比方充电7秒之类，实际上这些新闻讲的都是充电速度实质上就很快的超级电容，而非电池。这样不难看出：铅酸电池的短板（快充放），恰恰是电容机理比较拿手应对的状况。因而就有人想到了：在铅酸电池的负极中参加活性碳，能够归纳电容和电池的长处。
实际上，是能够把超级电容器与铅酸电池并联运用的（这种用法可称“外并”，即电池和电容器做为两个独立的元件进行一个机械的并联整合）。而关于铅碳电池来说，此刻的情形就变成了“内并”（lead-acid battery with a carbon supercapacitor
combinaTIon），便是将双电层电容器的高比功率、长寿数的优势内化融合到铅酸电池中，然后进步了功率、比能量，延长了电池寿数，因而也有当地将其称为“超级电池”（Ultrabattery）。
一般铅酸电池的负极活性资料是铅（Pb），而在铅碳电池中，负极从纯Pb变成了具有双电层电容特性的碳资料（C）+电池特性海绵铅（Pb）混合组成的双功用复合负极，即铅碳（Lead-carbon）负极，然后再与PbO2正极匹配拼装，即组成了铅碳电池。整体来说，铅碳电池的改动首要呈现在负极上，电极液、正极等方面的改动并不大。能够这样说，铅碳电池能够说是铅酸电池这颗老树上开出的新花，并且在近年来还结出了许多不错的运用效果。而在这一方面，参加的碳自然是要记头功的。
现在，国内外有许多电池企业都在出产铅碳电池，代表性的企业包含日本古河，Ecoult，East Penn，Axion，国内的圣阳、双登、南都、C&D等。
铅碳电池作业原理剖析
传统铅酸电池中的一个中心问题就在于负极的硫酸盐化，即在高倍率放电形式下，负极的海绵状铅与HSO4-快速反响生成PbSO4，此刻由于HSO4-与Pb这一对反响物的供给失配，导致了PbSO4成核速率太快，这样就使得生成的PbSO4（实质是绝缘的）“糊”在了负极外表，或者是生成了极大的颗粒；而不是按咱们所需求的在负极板内部均匀的生成，或者是在外表仅仅生成细微均匀简单复原的绒状PbSO4。
外表生成的PbSO4堆积层或者是大颗粒PbSO4显着减少了电子搬运、反响需求的有用外表积和物质，使得后续的反响更为困难，因而使得负极板内部变成了“死”区。而在充电时，由于外表PbSO4层阻止了铅酸电池本体反响的发作，此刻负极的电位只好将电池中的水电解成氢气，构成电解液的干涸，这样会进一步导致电池功用的恶化。
为了处理这一问题，咱们能够在铅负极中参加的碳粒子，其会构成如上图所示的导电网络结构。该网络结构的长处首要如下：
1）供给反响中心：这些碳粒子外表就构成了新的反响活性中心；
2）构成导电网络下降极化；
3）构成更幼小均匀的传质网络，促进电化学反响在电极外表、内部的均匀进行，然后减轻PbSO4在外表的会集分出效应；
4）作为异质资料阻止PbSO4颗粒的长大，使其均匀分布。
5）经过碳的电容效应，进步电池的容量和功率特性。
铅碳电池负极板碳导电网络示意图
依据以上几点长处，铅碳电池经过参加碳，有用按捺了负极的硫酸盐化趋势，使得电池寿数显着进步。不仅如此，铅碳电池的出产工艺比较于传统铅酸电池并无实质区别，不需改动现在现已老练的工艺，出产简单完成规划化，特别关于储能电池长寿数、低本钱方面的要求。
关于铅碳电池来说，参加的碳的品种有许多种：炭黑、活性炭、石墨烯、石墨、碳纤维、碳纳米管均可。而它们的首要长处/能为铅碳电池供给的首要功用有：1）导电导热；2）网络孔隙结构，供给反响所需比外表积以及双电层电容。能够说，铅碳电池的开展给了碳资料宗族一个施展才华的舞台，可是如安在功用进步与本钱操控上寻觅一个平衡点，可能是在铅碳电池中运用高档碳资料的一个需求留意的问题。此外，碳资料参加也是需求操控量的，过多的碳资料参加会导致极板活性物质掉落等一系列问题。
作业与功用特色
铅碳电池的负极构成了铅金属-碳颗粒组成的较为均匀、细微的网络，此结构有利于缩短扩散距离，进步反响均匀性，并且碳自身具有杰出的导电性、电容特性使得铅碳电池具有比传统铅酸电池有更好的低温发动才能、充电接受才能和大电流充放电功用。
1）大电流作业时：电容碳资料起“缓冲”效果。当铅碳电池在频频的瞬时大电流充放电作业时，首要由具有电容特性的碳资料开释或接纳电流，此刻铅金属负极接纳的大电流的冲击较小，然后不会像传统的铅酸电池相同，在大电流下急剧的发作“负极硫酸盐化”，这样就有用地延长了电池运用寿数；
2）小电流作业时：首要由海绵铅负极作业，继续供给能量，而之前由于大电流冲击以电容能量储存在碳中的能量也会就近与铅反响，逐渐反响均匀化。
3）能量&功率密度，能够进步到40~60Wh/kg，300~400W/kg左右，功用现已接近了一部分锂电池的才能，并且更要害的一点，是其本钱依然是0.6~0.8rmb/Wh，低于锂电池等其它电池，在本钱操控严厉的场合最有优势。
4）寿数，在浅充放条件下具有很长的循环寿数（比方4500次（70%DOD））
商场定位与技能剖析：铅碳PK锂电PK其它？
铅酸/铅碳电池的典型运用场景
近年来，锂离子电池开展速度非常快，给许多人一度构成了“铅酸电池落后应该被筛选”的形象。可是实际上，跟着铅碳电池技能的推出与改善，其中心竞赛力：低价的本钱（0.6~0.8rmb/Wh）与较好的寿数使之在固定式储能、低速电动车、电动自行车等范畴都获得不小的效果，成为了锂电等技能的微弱对手。
1）在固定式储能方面，光伏电站储能、风电储能和电网调峰等储能范畴，常要求电池具有功率密度较大，循环寿数长和价格较低一级特色。铅碳电池在空间宽余、本钱要求高的场合竞赛优势更大，并且相对来说一次出资本钱较低。而锂电由于能量密度高、本钱偏高，更适合用于一些关于空间有要求、本钱比较下不那么灵敏的场合，在分布式储能场合会更有开展。而对比其它储能技能，比方电容（储能密度很低，只能进行功率缓冲），液流电池（技能老练度中等，体积显着偏大），铅碳技能在现阶段依然具有杰出的竞赛实力。
铅碳电池用于固定式储能
2）交通工具储能方面，铅碳电池的首要竞赛优势在于本钱低价、功用安稳、安全性佳。A、本钱低价使其在低速电动车等中低端商场上一向占有优势，尽管国家有推行锂电的主意，可是究竟商场规律更需求尊重。B、功用安稳使得铅碳电池在高、低温等极点条件下一向能够供给牢靠的保证，比方轿车启停电源要在-20℃下能够输出大电流，而锂电池的低温功用则一向是个普遍性的老大难问题。C、安全性佳：交通运输工具的安全性无论如何着重都不为过，在这方面锂电客观上便是存在短板的，而铅酸-铅碳电池在这方面先天就具有显着优势。
因而笔者以为：铅碳电池在近年内，在一些细分范畴能够坚持自己的优势位置。尽管锂电等技能增速较快，可是这些电池技能都是各有自己的优缺点，没有哪种储能技能能够做到在各种规划、场景下通吃。依据实地需求，挑选适宜的储能技能运用，才是王道。
结语
铅酸电池是一种陈旧而又有用的电池技能，经过引进电容碳的优化发生的新一代铅碳电池则成为了这种奇特电池技能在新时代中连续传奇的重要助力。本钱、功用安稳性、安全性是这一类电池的中心优势地点，因而在固定式储能、低端电动车范畴，仍会在近几年内具有杰出的竞赛力。当然跟着各种技能不断前进，咱们也殷切期望会有更多更新更好的储能技能不断涌现、老练，然后为咱们的日子带来便当。
