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杨裕生院士:加快推进铅炭电池发展

   日期:2018-09-07     来源:中国科学报    作者:杨裕生    浏览:3937    评论:0    
 铅炭电池是铅酸电池诞生以来的最大技术进步。应在规模储能和低速电动车中加紧推广应用。政府部门应取消铅炭电池的消费税,允许铅炭电池在低速电动车中使用,并资助特种炭材料的生产发展。

山西去年有两座2兆瓦时的储能电站被烧毁,其使用的是三星公司生产的三元正极材料锂离子电池。虽然有人认为火灾不一定源于电池,但是也应该引起人们对锂电池安全问题的重视。今年7月,韩国一座功率4兆瓦、容量12兆瓦时的储能电站,先起火后爆炸,用的也是三元正极材料锂离子电池。据报道,这已是韩国烧掉的第四座锂离子电池储能电站。可见,三元正极材料锂离子电池安全性还不稳定,在规模储能领域应谨慎使用。

相比之下,铅炭电池是一种新型的超级电池,其将铅酸电池和超级电容器两者合一:既发挥超级电容长寿命的优点,也发挥了铅酸电池的安全性、比能量优势,且拥有非常好的充放电性能。铅炭电池应该在储能电站建设中占有重要地位。

铅炭电池优点不少

储能的重要性已为公众普遍认同。规模储能的主要作用有:提升传统电力系统灵活性、经济性和安全性;提高风、光等可再生能源的消纳水平,推动由化石能源向可再生能源更替;促进能源生产消费开放和灵活交易、实现多能协同;构建能源互联网,推动电力体制改革和促进能源新业态发展。

在多种储能技术中,化学电池占有日益重要的地位。在电动车中,电池更是核心部件,决定着电动车的发展路线、车辆的行驶里程、速度和价格,尤其是与其安全性息息相关。

铅酸电池向来以其高安全性、价廉、可靠等优秀品质,占领着电池储能的主要份额。近年来,利用多孔炭(特种活性炭)粉的电容作用和导电性,将其掺入铅酸电池负极中,发展了电容型铅酸电池(简称铅炭电池),在保持原有优点的同时,大幅度提高了循环寿命、比功率和低温性能。而且,充电电压下降、放电电压上升,电能利用效率提高。可以说,铅炭电池是铅酸电池诞生159年来的最大技术进步。

2004年,工信部的强基工程分别以约2000万元支持南都、双登两家大型铅酸电池企业投入铅炭电池生产,这虽然与2009年美国分别以3000多万美元(约合人民币4.5亿元)支持两家美国大型铅酸电池企业发展铅炭电池相比差距不小,但从当时国力来衡量,我国政府的支持力度已经很大。

从2016年4月国家发展改革委、国家能源局发布《能源技术革命创新行动计划(2016~2030年)》,到2017年9月国家发展改革委、财政部、科学技术部、工业和信息化部、国家能源局发布《关于促进储能技术与产业发展的指导意见》,一年多时间里,政府部门就有四个下发文件中提及发展铅炭电池,充分说明铅炭电池越来越受到政府部门重视。

在使用场景中,铅炭电池还可在低速电动车中充分发挥作用。

所谓低速电动车,包括电动自行车、电动摩托车、电动三轮物流车,以及正在制定“技术条件”的“四轮低速电动车”。这些车活动范围较小,原本使用铅酸电池。如果改用寿命延长的动力型铅炭电池,不仅方便了使用者减少更换电池次数,而且使电池再生的次数也相应减少,能源消耗大为减少。

诸多措施待落实

政府部门发文件、指方向固然十分重要,而实质性的行动更为关键。

首先,应投入经费支持特种多孔炭的生产。多孔炭是铅炭电池的关键材料。我国铅炭电池发展慢的主要原因就在特种多孔炭。目前所用的炭主要自美国和日本进口,价格高昂。国产炭不仅产量少,主要问题还有析氢严重,实质问题是炭的结构促进了电池充电时水的电解,不仅增加添水维护的工作量和浪费能源,而且放出的氢气如果疏导不畅将会造成爆燃事故,降低了此类电池固有的安全性。

前面提到的美国政府重金支持发展铅炭电池,其同时还出资2100万美元(折合人民币1.5亿元)支持美国EnerG2公司发展碳气凝胶(一种高导电的多孔炭)。后来,该公司得以将碳气凝胶高价销来中国供生产铅炭电池之用。而我国的强基工程支持铅炭电池产能建设的同时,却没有支持更为根本的多孔炭发展。

我国的碳气凝胶研制已有一定基础,政府应该及时帮一把,将这种高技术产品国产化。

其次,应免除铅炭电池的消费税。关于铅蓄电池消费税征收的规定源于2015年财政部与国税总局下发的《关于对电池涂料征收消费税的通知》。该通知规定,“自2015年2月1日起,将对各类电池征收消费税(部分电池免征),在生产、委托加工和进口环节征收,适用税率均为4%”,“铅蓄电池自2016年月1日起征收”。

铅炭电池出身于“铅酸电池家庭”,免不了被“牵连”征消费税。铅炭电池用炭使成本约增加10%(储能型电池)至20%(动力型电池),4%的消费税对于本来利润空间已经很小的行业而言,实乃一沉重负担。为了有利于铅炭电池的发展,其消费税应予免除。

无论是征收铅酸电池的消费税,还是低速电动车排斥铅酸电池,理由都是“铅酸电池有污染”。其实,经过五年来政府部门抓紧整顿和行业的共同努力,现实情况已非如此。相反,锂离子电池行业也存在污染问题,也需认真考察。凡是有污染,不管什么行业都应该治理,要一视同仁,公道处理。

最后,尤其应该注意的是,《四轮低速电动车技术条件(修改稿)》规定电池组的比能量必须大于每公斤70瓦时,这就将铅酸电池和铅炭电池排除在四轮低速电动车之外。现在距离今年11月《四轮低速乘用车技术条件》的定稿期限仅有3个月,《四轮低速电动车技术条件(修改稿)》制定者们应该抛弃成见和偏见,接受新事物,将有关电池组比能量的条文从《技术条件》中删去。

(作者系中国工程院院士)
 

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