近日，在河北雄安零碳交通示范工程碳化硅柔性變電站內，國網河北省電力有限公司電力科學研究院環保化學所環評及水保專責宮云茜使用退役鉛酸蓄電池活化及檢測一體化移動平臺檢測了“延壽”后的退役鉛酸蓄電池。結果顯示，電池容量恢復至額定容量的95%，符合變電站內電池使用的需要。
河北電科院技術人員檢測退役鉛酸蓄電池。齊錦濤 攝
鉛酸蓄電池是當前廣泛使用的一種化學電源。應用河北電科院研發的退役鉛酸蓄電池柔性活化與綜合利用技術，退役鉛酸蓄電池經活化、檢測及重組后，容量可恢復至額定容量的92.5%以上，使用壽命延長約兩年。
每年大量鉛酸蓄電池退役
有關數據顯示，當前儲能設備和備用電源大多使用鉛酸蓄電池。在變電站內，鉛酸蓄電池為保護設備、通信設備、不間斷電源等提供應急供電。每年都有大量的鉛酸蓄電池因容量衰減、無法滿足技術標準而退役。
“退役的鉛酸蓄電池具有一定的容量保持率，直接報廢不僅浪費資源，還可能破壞環境。解決退役鉛酸蓄電池‘再就業’問題十分重要。”宮云茜介紹，實現退役鉛酸蓄電池活化與綜合利用可以充分發揮其“剩余價值”，減少直接報廢拆解的電池數量，降低購置新電池的成本，助力保護環境。為此，自2020年開始，該院組織人員跟蹤研究退役鉛酸蓄電池活化技術。
當前，退役鉛酸蓄電池活化技術主要有物理方法和化學方法兩種。物理方法是依靠改變退役電池充電方式達到活化目的，要擊穿附著在電池極板上的惰性硫酸鉛，增大電池活性物質與極板的接觸面積，從而恢復電池活性。這種方法操作簡單，但用時較長，對活化設備及操作條件都有較高的要求。
“化學方法的見效速度快不少。它是通過添加化學活化劑來提高硫酸鉛的溶解度，使惰性硫酸鉛溶解并轉化為活性物質，進而讓電池重新煥發活力。”河北電科院環保化學所副所長郁金星說，但給電池添加化學活化劑，可能會增加電池的內阻，改變電解液原結構，導致電池二次壽命較短。
活化新技術以化學試劑法為主、物理充電法為輔
“現有電池活化技術有局限性。我們的目標是找到一種安全有效、操作簡便的方法，并且盡量使活化后的電池容量恢復至額定容量的80%以上。”河北電科院環保化學所環保技術研究專責車凱說。該院聯合華北電力大學成立了鉛酸蓄電池活化處理及綜合利用技術攻關團隊，開始探索新技術新方法。
針對變電站內使用的鉛酸蓄電池，攻關團隊分析了其活性影響因子及失活機理。經過對比實驗，他們發現了鉛酸蓄電池壽命影響核心因子與活化性能耦合關系，建立起電池參量與活性之間的構效關系。
在此基礎上，攻關團隊著重研究了原位晶體消解方法，開發了多組分柔性活化劑，根據失效程度給退役鉛酸蓄電池分級，并為其分別匹配最優的活化方式，形成了退役鉛酸蓄電池柔性活化與綜合利用技術。“針對負極硫酸鹽化及電解液干涸兩種失效模式，我們通過25組實驗探究了單一與復合試劑的活化能力，獲得了適用于不同失效程度退役鉛酸蓄電池的柔性活化劑最佳配比，開發了以化學試劑法為主、物理充電法為輔的活化技術。”車凱介紹。
2022年，攻關團隊配套研制了退役鉛酸蓄電池活化及檢測一體化移動平臺。相關人員利用該平臺“一鍵操作”即可就地完成鉛酸蓄電池容量實時檢測和活化操作，提升了活化的效率和便捷性。
相關成果使316節退役鉛酸蓄電池重新“上崗”
“我們通過微調活化劑比例和改變活化方法，滿足不同等級退役鉛酸蓄電池活化及不同二次利用場景的需求，效率高且環保。”郁金星說。除了研發電池活化相關技術，他們還搭建了一套涵蓋性能、安全性、外觀形變程度等綜合指標測試的鉛酸蓄電池再利用測試和驗證平臺，幫助退役電池做“體檢”。該平臺可以綜合評價電池的安全性、可靠性，掌握二次利用前電池的性能指標與安全指標。而在測試和驗證后，攻關團隊也會對退役鉛酸蓄電池進行綜合性能評價，根據情況選擇活化或其他安全環保的處置方式。
攻關團隊在衡水源網荷儲分布式微網示范工程、雄安零碳交通示范工程碳化硅柔性變電站試用相關成果，目前已累計完成了316節退役鉛酸蓄電池的活化再利用。活化后的電池容量普遍恢復至額定容量的92.5%以上，重新“上崗”后助力電力設備安全運行。該成果降低了電池更換的頻次，也降低了電池購置的成本。據攻關團隊測算，單次檢測活化費用僅為購置同型號電池費用的10%。
河北電科院將推進該成果在批量退役鉛酸蓄電池應用方面的研究，并探索其在新能源、儲能等行業的應用。(張明昊 齊錦濤)
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