CSPower鉛カーボンバッテリーの技術と利点

CSPower鉛カーボンバッテリー – 技術と利点

社会の発展に伴い、様々な場面における電池エネルギー貯蔵へのニーズはますます高まっています。過去数十年にわたり、多くの電池技術が大きく進歩する中、鉛蓄電池の開発も多くのチャンスと課題に直面してきました。こうした状況の中、科学者と技術者が協力し、鉛蓄電池の負極活物質に炭素を添加することで、鉛蓄電池の改良版である鉛炭素電池が誕生しました。

鉛カーボンバッテリーは、制御弁式鉛蓄電池の進化形であり、炭素製の正極と鉛製の負極を使用しています。炭素製正極上の炭素は、コンデンサまたは「スーパーコンデンサ」として機能し、急速充放電とバッテリー初期充電段階における長寿命化を実現します。

市場が鉛炭素電池を必要とする理由???

• * 激しいサイクリング時の平板型VRLA鉛蓄電池の故障モード

最も一般的な障害モードは次のとおりです。

– 活物質の軟化または脱落。放電時には、正極板の酸化鉛（PbO2）が硫酸鉛（PbSO4）に変換され、充電時には再び酸化鉛に戻ります。頻繁なサイクルは、酸化鉛に比べて硫酸鉛の量が多いため、正極板材料の凝集力が低下します。

– 正極板グリッドの腐食。この腐食反応は、充電プロセスの終了時に硫酸の存在により加速されます。

– 負極板の活物質の硫酸化。放電中、負極板の鉛（Pb）も硫酸鉛（PbSO4）に変換されます。低い充電状態のまま放置すると、負極板上の硫酸鉛の結晶が成長して硬化し、活物質に再変換できない不浸透性の層を形成します。その結果、容量が低下し、最終的にはバッテリーが使用不能になります。

• * 鉛蓄電池の充電には時間がかかります

理想的には、鉛蓄電池は0.2Cを超えない速度で充電し、バルク充電段階は8時間の吸収充電で行うべきです。充電電流と充電電圧を上げると、充電時間は短縮されますが、温度上昇による寿命の短縮と、充電電圧の上昇による正極板の腐食の促進というデメリットがあります。

• * 鉛カーボン：部分充電性能の向上、サイクル寿命の延長、ディープサイクルの高効率化

負極板の活物質を鉛炭素複合材に置き換えると、硫酸化が低減し、負極板の充電受容性が向上する可能性があります。

鉛炭素電池技術

使用されているバッテリーのほとんどは、1時間以上で急速充電が可能です。バッテリーは充電状態にある間も出力エネルギーを供給できるため、充電状態が悪くても動作し、使用頻度が高くなります。しかし、鉛蓄電池では、放電に非常に時間がかかり、再充電に非常に長い時間がかかるという問題がありました。

鉛蓄電池が本来の充電状態に戻るまでに長い時間を要した理由は、電池の電極やその他の内部部品に硫酸鉛の残留物が沈殿していたためです。そのため、電極やその他の電池部品から硫酸鉛を定期的に除去する必要がありました。この硫酸鉛の沈殿は充放電サイクルごとに発生し、沈殿によって生じた過剰な電子が水素を発生させ、結果として水分の損失につながります。この問題は時間の経過とともに悪化し、残留硫酸鉛が結晶化し始め、電極の充電受入れ能力を低下させます。

同じバッテリーの正極は、同じ硫酸鉛の沈殿物があるにもかかわらず良好な結果を示していることから、問題はバッテリーの負極にあることは明らかです。この問題を克服するために、科学者とメーカーはバッテリーの負極（カソード）に炭素を添加することでこの問題を解決しました。炭素の添加により、バッテリーの充電受け入れ性が向上し、硫酸鉛の残留による部分充電とバッテリーの劣化が軽減されます。炭素を添加することで、バッテリーは「スーパーキャパシタ」として動作し始め、その特性によりバッテリーの性能が向上します。

鉛カーボンバッテリーは、頻繁なアイドリングストップやマイクロ/マイルドハイブリッドシステムなど、鉛蓄電池を必要とする用途に最適な代替品です。鉛カーボンバッテリーは他の種類のバッテリーに比べて重量が重い場合がありますが、コスト効率が高く、極端な温度にも耐え、冷却機構を必要としません。従来の鉛蓄電池とは異なり、これらの鉛カーボンバッテリーは、硫酸塩の沈殿を心配することなく、30%から70%の充電容量で完璧に動作します。鉛カーボンバッテリーはほとんどの機能において鉛蓄電池を上回っていますが、スーパーキャパシタと同様に放電時に電圧降下が発生します。

建設のためのCSパワー急速充電ディープサイクル鉛カーボンバッテリー

急速充電ディープサイクル鉛カーボンバッテリーの特徴

• l 鉛蓄電池とスーパーコンデンサの特性を組み合わせる
• l 長いライフサイクルのサービス設計、優れたPSoCと周期的なパフォーマンス
• 高出力、急速充放電
• l 独自のグリッドとリードペーストデザイン
• l 極端な温度耐性
• l -30°C～60°Cで動作可能
• l 深放電回復能力

急速充電ディープサイクル鉛カーボンバッテリーの利点

すべてのバッテリーには、その用途に応じて指定された用途があり、一概に良いか悪いかを判断することはできません。

鉛炭素電池は最新の電池技術ではないかもしれませんが、最新の電池技術でさえ提供できない大きな利点がいくつかあります。鉛炭素電池の利点のいくつかを以下に示します。

• l 部分充電状態での動作の場合、硫酸化が少なくなります。
• 充電電圧が低いため効率が高く、正極板の腐食が少なくなります。
• l そして全体的な結果としてサイクル寿命が向上します。

テストにより、当社の鉛カーボン電池は少なくとも 800 回の 100% DoD サイクルに耐えることが証明されています。

テストは、I = 0.2C₂₀で毎日10.8Vまで放電し、放電状態で約2時間休止した後、I = 0.2C₂₀で再充電するというものです。

• l ≥ 1200サイクル @ 90% DoD（I = 0.2C₂₀で10.8Vまで放電し、放電状態で約2時間休止した後、I = 0.2C₂₀で再充電）
• l ≥ 2500サイクル @ 60% DoD（I = 0.2C₂₀で3時間放電し、直ちにI = 0.2C₂₀で再充電）
• l ≥ 3700サイクル @ 40% DoD（I = 0.2C₂₀で2時間放電し、直ちにI = 0.2C₂₀で再充電）
• 鉛蓄電池は充放電特性に優れているため、熱による損傷の影響は最小限に抑えられます。個々のセルは、燃焼、爆発、過熱の危険から極めて遠いです。
• 鉛蓄電池は、オングリッドシステムとオフグリッドシステムの両方に最適です。この特性により、高い放電電流能力を備え、太陽光発電システムに最適です。

鉛炭素電池VS密閉型鉛蓄電池、ゲル電池

• 鉛カーボンバッテリーは、部分充電状態（PSOC）での保持に優れています。一般的な鉛バッテリーは、「満充電」-「完全放電」-「満充電」という厳格なサイクルを繰り返すことで、最も優れた性能を発揮し、長寿命を実現します。満充電状態と空充電状態の間の充電状態には、良好な反応を示しません。鉛カーボンバッテリーは、より曖昧な充電状態においても、より良好な性能を発揮します。
• 鉛カーボン電池は、スーパーキャパシターの負極を使用します。カーボン電池は、標準的な鉛電池の正極とスーパーキャパシターの負極を使用します。このスーパーキャパシターの電極が、カーボン電池の長寿命化の鍵となります。標準的な鉛電池の電極は、充放電を繰り返すことで時間の経過とともに化学反応を起こします。スーパーキャパシターの負極は正極の腐食を軽減し、電極自体の寿命を延ばし、ひいてはバッテリーの長寿命化につながります。
• 鉛カーボンバッテリーは充放電速度が速いです。標準的な鉛バッテリーの充放電速度は定格容量の最大5～20%です。つまり、5～20時間充放電してもバッテリーに長期的な損傷を与えることはありません。鉛カーボンバッテリーは理論上、充放電速度は無制限です。
• 鉛カーボンバッテリーはメンテナンスが不要です。バッテリーは完全に密閉されているため、メンテナンスは一切不要です。
• 鉛カーボンバッテリーはゲルバッテリーに比べて価格競争力があります。ゲルバッテリーは初期費用がわずかに安いですが、カーボンバッテリーはわずかに高いだけです。ゲルバッテリーとカーボンバッテリーの価格差は現在約10～11%です。カーボンバッテリーの寿命が約30%長いことを考慮すると、カーボンバッテリーの方がコストパフォーマンスに優れている理由がお分かりいただけるでしょう。