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铅酸蓄电池的优缺点分析

2018-12-6 15:34:15点击:
铅酸蓄电池是工业化最早的二次电池,自1859年发明至今已经有150多年的历史,但是该产业的发展仍然方兴未艾。铅酸蓄电池是化学电池中市场份额最大、使用范围最广的电池,特别是在起动和大型储能等应用领域,在较长时间尚难以被其他新型电池替代。铅酸蓄电池价格较低,具有技术成熟、高低温性能优异、稳定可靠、安全性高、资源再利用性好等比较优势,市场竞争优势明显。相对于其他电池金属材料,铅资源比较丰富,铅储量和再生铅保证铅酸蓄电池产业可持续发展的年限相对较长,铅酸蓄电池大量应用,较长时间内不会造成铅资源短缺。铅酸蓄电池不足之处在于:能量密度偏低、循环寿命偏短,主要原材料铅是一类有毒物质,电池生产和再生铅加工过程中存在铅污染风险,管理不善可能会对环境和人体健康造成危害。随着新技术的突破和新结构的应用,铅碳电池、双极性电池、非铅板栅电池等先进铅酸蓄电池的不断问世,改变了质量能量比偏低、循环寿命较短等不足,并且随着法规制度的逐步健全和管理水平的提升,铅污染的风险也可防可控。为铅酸蓄电池产业的持续发展注入了新的活力。在未来,铅酸蓄电池仍将在备用电源、储能、起动、动力等应用领域发挥重要的作用。
  (1)铅酸蓄电池的比较优势
  ①性能比较优势目前,大规模产业化的二次电池主要有铅酸蓄电池、镉镍电池、氢镍电池和锂离子电池。镉镍电池含有剧毒元素镉,已逐步被其他电池所替代。目前,市场上应用最广泛的电池为铅酸蓄电池、锂离子电池和氢镍电池。相较于其他二次电池,铅酸蓄电池主要有以下性能比较优势:A、实现工业化生产的时间最长、技术最成熟的电池,性能稳定、可靠,适用性好;B、采用稀硫酸作电解液,无可燃性,电池采用常压或低压设计,安全性好;C、工作电压较高、工作温度范围较宽,适用于混合电动车(HEV)等高倍率放电应用;D、能浮充电使用,浅充浅放电性能优异,适用于不间断电源(UPS)、新能源储能、电网削峰填谷等领域;E、大容量电池技术成熟,能制成数千安时的电池,为大规模储能提供了便利。
  ②成本比较优势铅酸蓄电池是最廉价的二次电池,单位能量的价格是锂离子电池或氢镍电池的1/3左右。此外,铅酸蓄电池的主要成分为铅和铅的化合物,铅含量高达电池总质量的60%以上,废旧电池的残值较高,回收价格超过新电池的30%,因此铅酸蓄电池的综合成本更低。
  ③再生利用比较优势铅酸蓄电池组成简单,再生技术成熟,回收价值高,是最容易实现回收和再生利用的电池。全球再生铅产量已经超过原生铅产量,美国废铅酸蓄电池铅的再利用率已超过98.5%,我国废铅酸蓄电池的再利用率也达到90%以上。镉镍电池、氢镍电池、锂离子电池多为小型电池,且组成复杂,再生成本高,回收难度大,再生产业难以实现市场化运营。目前,前述电池全球的平均回收比例不足20%,特别是锂离子电池,多数国家尚未实现有效回收和再生。
  (2)铅酸蓄电池的不足
  ①能量密度偏低传统的铅酸蓄电池质量和体积能量密度偏低,能量密度只有为锂离子电池的1/3左右,氢镍电池的1/2左右,并且体积较大,不适宜在质量轻、体积小的场合使用。未来,铅酸蓄电池能量密度仍有较大的提高空间,尤其是泡沫碳等采用新材料、新技术的铅酸蓄电池。
  ②循环寿命偏短传统铅酸蓄电池循环寿命较短,理论循环次数为锂离子电池1/3左右。铅酸蓄电池的循环寿命提高的空间仍然比较大,特别是新材料、新结构和新技术的铅酸蓄电池,如双极性铅酸蓄电池、铅碳电池等。
  ③产业链存在铅污染风险铅是铅酸蓄电池的主要原材料,铅占电池质量的60%以上,全球铅酸蓄电池的用铅量占总用铅量的80%以上。铅为重金属,铅酸蓄电池制造产业链(包括原生铅冶炼、电池制造、电池回收、再生铅冶炼)存在较高的铅污染风险,管理不善会对环境造成污染和对人体健康产生危害。
  4、铅酸蓄电池与环保铅酸蓄电池制造是用铅的主要行业,其产业链在原生铅冶炼、蓄电池生产、废旧蓄电池回收、再生铅冶炼存在铅污染风险,但是该产业链全过程的铅污染可以实现有效控制。铅污染防治的技术较为成熟,国外已有成套有关原生铅和再生铅冶炼的技术和设备可以提供,国内的铅冶炼技术基本成熟,包括铅酸蓄电池制造在内,只要按规范配置先进的环保设备,环保设备正常运行,基本不会造成铅污染事件的发生。在铅酸蓄电池制造领域,先进的清洁化、自动化、机械化生产装备,以及先进的环保技术与装备,得到了广泛的应用,使得铅烟铅尘、水中铅化合物得到有效处理,铅污染得到有效控制。先进生产工艺有:一炉多机板栅铸造工艺、铅锭冷切技术、自动化包片与刷片、内化成工艺等。先进环保工艺有:高效脉冲式铅尘处理器、多级湿式铅烟处理器、碱雾喷淋式酸雾处理器、废水中水回用系统等。过去我国频繁发生的铅污染事件主要是由于相关法规、政策不够完善和全过程管理不足造成的。主要表现在五个方面:一是冶炼厂之间的无序竞争,特别是小冶炼、非法冶炼厂为了以低价争夺市场,采用土法冶炼的方法,无环保设施或设施运行不正常;甚至也有一些大冶炼厂为了降低成本,存在环保治理不规范的现象,造成原生铅企业污染事件的发生。二是铅酸蓄电池制造业小厂数量众多,其生产装备落后,无法配置齐全和先进的环保设备和卫生防护设施,不利于环境保护和资源利用。三是铅酸蓄电池回收完全处于无组织回收状态,这是造成铅、酸污染的重要环节。四是废旧蓄电池大量流向小型再生铅厂,因环节管理失控,造成经常性环境污染事件的发生。五是动力铅酸蓄电池存在镉污染风险。美国也是全球铅酸蓄电池生产大国之一,年用铅200多万吨,由于法规健全、控制铅污染的措施得力,实现了铅使用的闭路循环,从原生铅冶炼、电池制造、再生铅冶炼实施“从生到死”的跟踪,生产者、运输者、运营者、产品拥有者以及各级政府“共同各自承担责任”,使铅酸蓄电池产业链的铅污染得到了有效控制。近年来,随着国内相关法规和行业政策规范的逐步颁布和严格执行,铅酸蓄电池企业环保意识的逐渐增强,污染治理技术的不断进步,行业主要企业的铅污染也已得到有效防治。特别是经过国家工信部、环保部组织进行的行业准入核查、行业规范条件核查、行业环保核查,行业企业环保状况得到显著的改善。与其它的有害金属相比,铅污染可控可防,铅中毒也可治,一定程度的铅中毒或血铅超标是可以逆转的,可以通过食疗、药物调节等得到恢复。