风光互补发电系统（阀控式胶体电池篇）

风光互补发电系统的电站一般安装在偏僻远离电网的地区：如森林丛林、沿海流域、河流湖泊、高速公路、沙漠地区、高山地区、矿山地区、海上平台等等；风光互补发电系统中阀控式胶体电池部分属于储能部分，对于系统选型、存储恒温、低温场景应用都有特别的解决方案。

阀控式胶体蓄电池结构和工作原理：

阀控式胶体蓄电池是对液态电解质的普通铅酸蓄电池的改进，用胶体电解液代换了硫酸电解液，在安全性、蓄电量、放电性能和使用寿命等方面优于较普通电池；阀控式胶体蓄电池采用二氧化硅凝胶状电解质，内部无游离液体存在，在同等体积下电解质容量大，热容量大，热消散能力强，能避免一般蓄电池易产生热失控现象；电解质浓度低，对极板的腐蚀作用弱；浓度均匀，不存在电解液分层现象，从而在风光互补发电系统中使用寿命方面得到很大的提升。

电池具备阀控气压设计，电池充电时，正极会析出氧气，负极会析出氢气。正极析氧是在正极充电量达到70%时就开始，析出的氧到达负极，跟负极起下述反应，达到阴极吸收的目的。2Pb十O2=2PbO，2PbO十2H2SO4：2PbS04+2H20。负极析氢则要在充电到90%时开始，再加上氧在负极上的还原作用及负极本身氢过电位的提高，从而避免了大量析氢反应，利用阴极吸收原理使电池得以密封的。

P图

1.极板

活性物质二氧化铅（正极）和海绵状铅（负极）都是疏松的多孔体，需要固定在载体上。用铅或铅基合金制成的栅栏片状物为载体，使活性物质固定在其中，这种物体称之为板栅。它的作用是支撑活性物质并传输电流。电池采用Pb-Sb合金制作正负极板栅。电池对板栅要求极为严格，负板栅应该具有很大的析氢过电位，正极板栅应该具有很低的腐蚀速率，所以通常选用Pb-Ca-Sn-Al或Pb-Sb-Cd作正极板栅材料，Pb-Ca合金作负极板栅材料。

铅粉（主要成分为PbO）与稀硫酸混合后铅膏后填涂在板栅上并经固化、干燥等，再于稀硫酸中化成就可分别形成正负极活性物质。铅膏中可添加纤维来提高活性物质的机械强度；另外正极铅膏中可添加碳素材料（如石墨、碳纤维或乙炔黑等）来提高正极活性物质的利用率；负极铅膏中可添加BaSO4、炭黑、腐植酸、木质素等膨胀剂来防止负极活性物质收缩及负极板变形，添加松香、甘油和萘等抑制氢气发生和防止生极板的氧化。

2.隔膜

电池中隔膜的作用是：①防止正负极板短路和活性物质的脱落；②吸收并保持电解液；③作为氧气、离子传输通道。

电池隔膜，一直被国内外广泛使用的是超细玻璃纤维隔膜（AGM）。这种隔膜一般以碱玻璃为原料，经高温熔化制成一次纤维，再经高温高速气流牵引形成直径小于3μm的超细纤维，最后以抄纸法的工艺生产成隔膜。

隔膜质量和性能的好坏将影响蓄电池内阻、氧复合效率、蓄电池大电流放电性能及蓄电池使用容量。AGM隔膜应该具有如下特性：

①优良的耐酸能力和抗氧化能力；

②厚度均匀一致，外观无针孔、无机械杂质；

③孔径小孔率大；

④吸收和保留电解液能力强；

⑤电阻低，能保证导电离子自由迁移；

⑥具有一定的机械强度，耐折性好，能保证蓄电池工艺操作要求；

⑦杂质含量低，尤其是铁、铜的含量要低。

3.安全阀

电池盖子上装置有单向节流阀（也叫安全阀）：

①使电池保持一定的内压，以提高密闭反应效率；

②当电池内部气压过高时，排气阀自动打开，排出气体，防止壳盖变形或发生爆炸；

③在电池内部压力正常的条件下，防止外部空气进入电池。

④防止电解液蒸发，避免电池干涸。

4.电解液

电池中，电解液分别与活性物质PbO2组成氧化铅电极，或以活性物质Pb组成铅电极，用来参与电极反应和传导电流。

工业硫酸含杂质较多，不适合蓄电池使用，因此蓄电池必须使用严格控制杂质含量尤其是铁、氯、铜含量的硫酸。另外用于配制电解液的水也要使用严格控制杂质含量的纯水，纯水可以采用离子交换法制得，其纯度可用电导率表示，电导率越小，说明纯水杂质含量越低。

电解液密度对电解液的冰点、粘度、电池电动势、正极板栅腐蚀、负极板活性物质硫酸盐化等都有密切关系，设计电池电解液密度时需要综合考虑以上各因素。电解液密度随着温度的升高而减小。

5.壳盖

用于盛装电池的正、负极板、隔膜和电解液，以及附件的容器称为电池槽，包括电池壳和电池盖。电池壳盖目前采用PP、ABS、PVC等材料，但主要以ABS为主。ABS是丙烯腈-丁二烯-本乙烯的三元共聚物，ABS树脂为粒状或珠状，不透明，无毒无味。采用ABS塑料制作的电池壳盖主要优点是机械性能好，其抗冲击强度、拉伸强度和硬度都较大。

阀控式胶体蓄电池优势：

1.质量高，循环寿命长。胶体电解质可对极板周围形成固态保护层，保护极板避免因震动或碰撞而产生损坏，破裂，防止极板被腐蚀，同时也减少了蓄电池在大负荷使用时产生极板弯曲和极板间的短路，不至于导致容量下降，具有很好的物理及化学保护作用，是普通铅酸电池寿命的两倍。

2.单体电池的内阻、容量、浮充电压一致性好，无需均衡充电，免维护。胶体电池最简单的做法是在硫酸中添加胶凝剂，使硫酸电液呈胶态。电液呈胶态的电池通常称之为胶体电池。胶体电池与常规铅酸电池的区别不仅仅在于电液改为胶凝状。例如非凝固态的水性胶体，从电化学分类结构和特性看同属胶体电池。又如板栅中解分高分子材料，俗称陶瓷板栅，亦可视作胶体电池的应用特色。

3.使用安全，利于环保，属于真正意义上的绿色电源。胶体电池的电解质呈固态，密封结构，凝胶电解液，永不漏液，使电池内每一部位的比重保持一致。使用特殊的钙铅锡合金板栅，更耐腐蚀，充电接受能力更好。 采用超高强度隔板避免短路的产生。 进口优质安全阀，精确阀控调节压力。装备了过滤酸雾隔爆装置，更安全可靠。使用时无酸雾气体析出，无电解质外溢，生产过程中不含对人体有害元素，无毒，无污染，避免了传统铅酸电池在使用过程中电解质大量外溢渗透。浮充电流小，电池发热量少，电解液不发生酸分层。

4.深放电循环性能好。电池深放电后再及时补充电的情况下容量能100%得到回充，能迎合高频率、深程度放电的需要，因此其使用范围比铅酸蓄电池更广泛。

5.自放电小，深放电性能好，充电接受能力强，上下电位差小，电容量大。在低温启动能力，荷电保持能力，电解液保持能力，循环耐久能力，耐震动性能，耐温变性能等方面有显着提高。在20℃室温下储存2年，无需充电即可投入运行。

发电系统中电池安装/选型注意事项：

电池在充电时电解液中的水分，被电解之后会产生氢气和氧气，这些都是易燃易爆气体，当电池中或空气中的含氢量累积至爆炸极限时，外部遇到明火，极可能会发生燃烧或爆炸。所以电池存储需要保持通风环境，避免密闭环境使用。

电池安装前需要考虑好恒温问题。避免电池安装太阳光能直接暴晒，因为温度高会加速电解液的挥发，影响电池寿命。可使用电池地埋箱把电池存储在地面下，存储高度根据不同地区的冻土层厚度，建议安装在冻土层以下位置最为佳。

标准电池柜地面安装。电池柜设计需要有足够的安全距离和空间，需要具备良好的通风设计，避免阳光直射暴晒。

电池极板硫酸盐化。长期充不饱电，放电后长时间搁置，不及时充电，酸密度过高， 长期过放电都会严重减少电池的寿命。

审核编辑 黄昊宇