CSPower鉛炭素電池技術とその利点

CSPower鉛炭素電池 – 技術と利点

社会の発展に伴い、様々な場面における蓄電池エネルギー貯蔵へのニーズは高まり続けている。ここ数十年の間に、多くの電池技術は目覚ましい進歩を遂げ、鉛蓄電池の開発もまた、多くの機会と課題に直面してきた。こうした状況の中、科学者と技術者が協力して鉛蓄電池の負極活物質に炭素を添加し、鉛蓄電池の改良版である鉛炭素電池が誕生した。

鉛炭素電池は、炭素製の正極と鉛製の負極を用いた、バルブ制御式鉛蓄電池の改良型です。炭素製の正極上の炭素は、コンデンサ、あるいは「スーパーキャパシタ」として機能し、急速な充放電を可能にするとともに、電池の初期充電段階における寿命を延ばします。

鉛炭素電池が市場で必要とされる理由？？？

• * フラットプレート型VRLA鉛蓄電池の高頻度充放電サイクル時の故障モード

最も一般的な故障モードは以下のとおりです。

活物質の軟化または剥離。放電中、正極板の酸化鉛（PbO2）は硫酸鉛（PbSO4）に変化し、充電中は再び酸化鉛に戻ります。頻繁な充放電サイクルは、酸化鉛に比べて硫酸鉛の体積が大きくなるため、正極板材料の凝集力を低下させます。

正極板のグリッドの腐食。この腐食反応は、充電プロセスの終盤において、硫酸の存在が不可欠となるため加速する。

負極板活物質のサルフェーション。放電中、負極板の鉛（Pb）は硫酸鉛（PbSO4）に変化します。充電状態が低いまま放置されると、負極板上の硫酸鉛結晶が成長・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

鉛蓄電池は、理想的には0.2Cを超えないレートで充電し、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、温度上昇と充電電圧の上昇による正極板の腐食促進のため、寿命が短くなります。

• * 鉛カーボン：部分充電時の性能向上、サイクル寿命の延長、ディープサイクル効率の向上

負極板の活物質を鉛炭素複合材に置き換えることで、硫酸塩化を抑制し、負極板の充電受容性を向上させる可能性がある。

鉛蓄電池技術

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が不足している場合でも出力エネルギーを供給できるため、充電状態でも動作し、使用頻度が高まります。しかし、鉛蓄電池の問題点は、放電に非常に短い時間しかかからず、再充電に非常に長い時間がかかることでした。

鉛蓄電池が本来の充電容量を取り戻すのに時間がかかった理由は、電池の電極やその他の内部部品に硫酸鉛が析出していたためです。そのため、電極やその他の電池部品から硫酸鉛を断続的に均す必要がありました。この硫酸鉛の析出は充放電サイクルごとに発生し、析出によって生じる過剰な電子が水素を発生させ、結果として水分が失われます。この問題は時間とともに悪化し、硫酸鉛の析出物が結晶化し始め、電極の充電受容能力を低下させます。

同じ電池の正極には硫酸鉛の沈殿物が存在するにもかかわらず良好な結果が得られることから、問題は電池の負極にあることが明らかです。この問題を解決するため、科学者やメーカーは電池の負極（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。炭素を添加することで電池の充電受容性が向上し、硫酸鉛の残留物による部分充電や電池の劣化が解消されます。炭素を添加することで、電池は「スーパーキャパシタ」のように機能し始め、その特性によって電池の性能が向上します。

鉛炭素電池は、頻繁なスタート・ストップ動作やマイクロ／マイルドハイブリッドシステムなど、鉛蓄電池を使用する用途に最適な代替品です。鉛炭素電池は他のタイプの電池に比べて重量が増す場合がありますが、コスト効率が高く、極端な温度にも強く、冷却機構も不要です。従来の鉛蓄電池とは異なり、鉛炭素電池は硫酸塩析出の心配なく、充電容量30～70%の範囲で正常に動作します。鉛炭素電池はほとんどの機能において鉛蓄電池を凌駕していますが、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CSPower急速充電対応ディープサイクル鉛カーボンバッテリー

急速充電対応ディープサイクル鉛カーボン電池の特長

• 鉛蓄電池とスーパーキャパシタの特性を組み合わせる
• 長寿命設計、優れたPSoC性能、およびサイクル性能
• 高出力、高速充電・放電
• 独自のグリッドと鉛ペーストのデザイン
• 極端な温度耐性
• -30℃～60℃で動作可能
• ・深放電からの回復能力

急速充電対応ディープサイクル鉛炭素電池の利点

バッテリーは用途に応じてそれぞれに用途があり、一概に良いとか悪いとか言うことはできません。

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、最新の電池技術でも実現できない優れた利点をいくつか備えています。鉛炭素電池の利点の一部を以下に示します。

• 部分充電状態での動作の場合、硫酸塩化が少なくなる。
• 充電電圧が低いため、効率が向上し、正極板の腐食も少なくなる。
• そして、全体的な結果として、サイクル寿命が向上します。

試験の結果、当社の鉛炭素電池は、少なくとも800回の100%放電サイクルに耐えることが証明されています。

試験は、毎日10.8VまでI = 0.2C₂₀で放電し、約2時間放電状態で休止した後、I = 0.2C₂₀で再充電するという手順で構成されます。

• 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）
• 鉛炭素電池は充放電特性により、熱による損傷の影響が最小限に抑えられます。個々のセルは、燃焼、爆発、過熱の危険性とは無縁です。
• 鉛炭素電池は、系統連系型システムと独立型システムの両方に最適です。この特性により、高い放電電流容量を備えているため、太陽光発電システムにも適しています。

鉛炭素電池VS密閉型鉛蓄電池、ゲル電池

• 鉛炭素電池は、部分充電状態（PSOC）での安定性に優れています。一般的な鉛電池は、「満充電」「完全放電」「満充電」という厳密なサイクルに従うことで最高の性能を発揮し、長持ちします。満充電と空充電の中間の状態で充電されると、性能が低下します。一方、鉛炭素電池は、より曖昧な充電領域でも安定して動作します。
• 鉛炭素電池は、スーパーキャパシタ負極を使用します。炭素電池は、標準的な鉛電池の正極とスーパーキャパシタ負極を使用します。このスーパーキャパシタ電極が、炭素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、充放電を繰り返すうちに化学反応を起こします。スーパーキャパシタ負極は正極の腐食を軽減し、電極自体の寿命を延ばすことで、結果として電池の寿命を延ばします。
• 炭素鉛電池は、充電/放電速度が速いのが特徴です。一般的な鉛電池は、定格容量の5～20%程度で充電/放電できるため、5～20時間程度充電または放電しても電池に長期的な損傷を与えることはありません。一方、炭素鉛電池は、理論上、充電/放電速度に制限がありません。
• 鉛炭素電池はメンテナンスが不要です。電池は完全に密閉されており、積極的なメンテナンスは一切必要ありません。
• 鉛炭素電池は、ゲル電池と価格面で遜色ありません。ゲル電池の方が初期購入価格は若干安いですが、炭素電池もわずかに高いだけです。現在の価格差は約10～11%です。炭素電池の寿命が約30%長いことを考慮すると、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。