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石墨烯在铅酸电池中的应用与前景分析
日期:2018-04-13 13:55:00 | 来源:粉体网 | 点击率:249
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电池技术是电动汽车大力推广和发展的最大门槛,而电池产业正处于铅酸电池和传统锂电池发展均遇瓶颈的阶段,石墨烯储能设备的研制成功后,若能批量生产,则将为电池产业乃至电动车产业带来新的变革。

一、什么是铅酸电池

电池主要由管式正极板、负极板、电解液、隔板、电池槽、电池盖、极柱、注液盖等组成。排气式蓄电池的电极是由铅和铅的氧化物构成,电解液是硫酸的水溶液。主要优点是电压稳定、价格便宜;缺点是比能低(即每公斤蓄电池存储的电能)、使用寿命短和日常维护频繁。老式普通蓄电池一般寿命在2年左右,而且需定期检查电解液的高度并添加蒸馏水。不过随着科技的发展,铅酸蓄电池的寿命变得更长而且维护也更简单了。

铅酸电池构成

铅酸蓄电池由于其安全稳定、性价比高等优点,在电池领域占据较高的市场份额,并被广泛应用于汽车启动、通信领域、动力电池与储能电池等领域。有分析认为,铅酸蓄电池将在行业不断升级和下游需求扩大双重驱动下,保持一定增长幅度,未来10年内铅酸蓄电池仍将是电池市场的主流。

但是,铅酸蓄电池行业是典型的高耗能、高污染行业,生产过程中,电能消耗很高,也会带来铅尘、铅烟、酸性含铅废水、酸雾、废渣等排放。

目前国内铅酸蓄电池企业共2000余家,其中产值超过20亿元的企业约10家左右,超过1亿元的企业约260家,整个行业的集中度非常分散,远远低于美国、日本等国家。

二、石墨烯-铅酸电池行业的应用

石墨烯为近年来发现的新型材料,虽然其优异的性能引起了各领域的广泛关注,但是其应用尚处于研究阶段。石墨烯在铅酸蓄电池领域的应用属于初始阶段,但是其对铅酸电池性能的影响已经不可忽视。

近年来对炭材料加入铅酸电池负极对铅酸电池性能的影响研究发现,炭材料的加入能够提高电池负极的导电性,限制硫酸铅晶体颗粒的生长,有利于易溶解小颗粒硫酸铅的形成,在高倍率放电状态下,促进硫酸溶液更容易且更深地渗透入负极活性物质中,从而提高铅酸电池在高倍率部分荷电态(HRPSoC)的循环寿命。炭材料的导电性取决于石墨化程度,石墨烯对铅酸电池性能影响的研究也在渐渐兴起。

三、石墨烯-铅酸电池市场分析

铅蓄电池技术已经发展了100多年,由于生产铅酸电池生产会产生大量对环境有害的物质,因此近几年国家也对这块进行了严厉的整治,出台了《关于促进铅酸蓄电池和再生铅产业规范发展的意见》等一系列文件。因此,该行业不断淘汰落后产能,行业竞争者由上千家整合至目前200家(大量为超威和天能的子公司),市场龙头的份额不断加大。超威动力作为行业龙头,在市场整合的环境下市场占有率从11年24.5%提升至14年42.9%。而另外一家强劲的竞争对手天能动力市场份额也涨至30.9%。当前两家的市场份额已经提升至80%以上(部分产品达到90%以上的市场份额),已经拥有了绝对的定价权。但是铅酸电池市场早已深陷竞争“红海”,产品同质化严重,各厂商间大打价格战。

而添加石墨烯的黑金电池向市场提供差异化产品,将现有的铅酸电池市场区分为高能电池市场和普通电池市场,提升电池能量密度的同时成本保持稳定,有利于注重研发的大企业(如超威动力)把握更多的市场份额、增厚盈利水平。石墨烯材料的出现,让铅蓄电池又焕发出新的生机。

由于铅酸电池市场体量巨大,石墨烯在该领域的前景十分广阔,以超威集团为例,2016年其发布的黑金电池销售了10亿多元,石墨烯与铅酸电池的结合既为铅蓄电池带来了新活力,同时也带动了石墨烯产业自身的快速发展,石墨烯在推动传统产业升级方面的作用正逐渐显现。CGIA Research预测到2020年石墨烯-铅酸电池的市场规模将超过200亿元。

 

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