鉛酸蓄電池是當(dāng)前廣泛使用的一種化學(xué)電源。應(yīng)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(fù)至額定容量的92.5%以上，使用壽命延長約兩年。
每年大量鉛酸蓄電池退役
有關(guān)數(shù)據(jù)顯示，當(dāng)前儲(chǔ)能設(shè)備和備用電源大多使用鉛酸蓄電池。在變電站內(nèi)，鉛酸蓄電池為保護(hù)設(shè)備、通信設(shè)備、不間斷電源等提供應(yīng)急供電。每年都有大量的鉛酸蓄電池因容量衰減、無法滿足技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)而退役。
“退役的鉛酸蓄電池具有一定的容量保持率，直接報(bào)廢不僅浪費(fèi)資源，還可能破壞環(huán)境。解決退役鉛酸蓄電池‘再就業(yè)’問題十分重要。”宮云茜介紹，實(shí)現(xiàn)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(bào)廢拆解的電池?cái)?shù)量，降低購置新電池的成本，助力保護(hù)環(huán)境。為此，自2020年開始，該院組織人員跟蹤研究退役鉛酸蓄電池活化技術(shù)。
當(dāng)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(dá)到活化目的，要擊穿附著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(fù)電池活性。這種方法操作簡單，但用時(shí)較長，對(duì)活化設(shè)備及操作條件都有較高的要求。
“化學(xué)方法的見效速度快不少。它是通過添加化學(xué)活化劑來提高硫酸鉛的溶解度，使惰性硫酸鉛溶解并轉(zhuǎn)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)保化學(xué)所副所長郁金星說，但給電池添加化學(xué)活化劑，可能會(huì)增加電池的內(nèi)阻，改變電解液原結(jié)構(gòu)，導(dǎo)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(xiàn)有電池活化技術(shù)有局限性。我們的目標(biāo)是找到一種安全有效、操作簡便的方法，并且盡量使活化后的電池容量恢復(fù)至額定容量的80%以上。”河北電科院環(huán)保化學(xué)所環(huán)保技術(shù)研究專責(zé)車凱說。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(tuán)隊(duì)，開始探索新技術(shù)新方法。
針對(duì)變電站內(nèi)使用的鉛酸蓄電池，攻關(guān)團(tuán)隊(duì)分析了其活性影響因子及失活機(jī)理。經(jīng)過對(duì)比實(shí)驗(yàn)，他們發(fā)現(xiàn)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(gòu)效關(guān)系。
在此基礎(chǔ)上，攻關(guān)團(tuán)隊(duì)著重研究了原位晶體消解方法，開發(fā)了多組分柔性活化劑，根據(jù)失效程度給退役鉛酸蓄電池分級(jí)，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(duì)負(fù)極硫酸鹽化及電解液干涸兩種失效模式，我們通過25組實(shí)驗(yàn)探究了單一與復(fù)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)。”車凱介紹。
2022年，攻關(guān)團(tuán)隊(duì)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(tái)。相關(guān)人員利用該平臺(tái)“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(jié)退役鉛酸蓄電池重新“上崗”
“我們通過微調(diào)活化劑比例和改變活化方法，滿足不同等級(jí)退役鉛酸蓄電池活化及不同二次利用場景的需求，效率高且環(huán)保。”郁金星說。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、外觀形變程度等綜合指標(biāo)測試的鉛酸蓄電池再利用測試和驗(yàn)證平臺(tái)，幫助退役電池做“體檢”。該平臺(tái)可以綜合評(píng)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(biāo)與安全指標(biāo)。而在測試和驗(yàn)證后，攻關(guān)團(tuán)隊(duì)也會(huì)對(duì)退役鉛酸蓄電池進(jìn)行綜合性能評(píng)價(jià)，根據(jù)情況選擇活化或其他安全環(huán)保的處置方式。
攻關(guān)團(tuán)隊(duì)在衡水源網(wǎng)荷儲(chǔ)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(jì)完成了316節(jié)退役鉛酸蓄電池的活化再利用。活化后的電池容量普遍恢復(fù)至額定容量的92.5%以上，重新“上崗”后助力電力設(shè)備安全運(yùn)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(jù)攻關(guān)團(tuán)隊(duì)測算，單次檢測活化費(fèi)用僅為購置同型號(hào)電池費(fèi)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(yīng)用方面的研究，并探索其在新能源、儲(chǔ)能等行業(yè)的應(yīng)用。
