鉛酸電池的工作原理就是通過電化學(xué)反應(yīng)，電能和化學(xué)能之間相互轉(zhuǎn)化，電極重要由鉛及其氧化物制成，電解液是硫酸溶液的一種蓄電池。

放電狀態(tài)下，正極重要成分為二氧化鉛，負(fù)極重要成分為鉛。

充電狀態(tài)下，正負(fù)極的重要成分均為硫酸鉛。

鉛酸蓄電池種類較多，應(yīng)用在光伏儲(chǔ)能系統(tǒng)中，比較多的有三種，富液型鉛酸蓄電池、閥控式密封鉛酸蓄電池、鉛碳蓄電池等等。

1、富液型鉛酸蓄電池

鉛酸電池的電解液中的硫酸直接參與電池充放電反應(yīng)過程，傳統(tǒng)鉛酸電池中，電池槽內(nèi)除去極板、隔板及其他固體組裝部件的剩余空間完全充滿硫酸電解液，電解液處于富余過量狀態(tài)，故被稱為富液式電池，電池極板完全浸泡在硫酸電解液中。特點(diǎn)是價(jià)格便宜，壽命長(zhǎng)，缺點(diǎn)是要經(jīng)常維護(hù)。

2、閥控式密封鉛酸蓄電池

閥控式密封鉛酸蓄電池，又稱免維護(hù)電池，分為AGM密封蓄電池和GEL膠體密封蓄電池兩種。

AGM密封蓄電池與當(dāng)今的膠體密封電池相比，其放電容量要小一些。與富液型相同規(guī)格蓄電池相比，價(jià)格較高，具有以下優(yōu)點(diǎn)：

（1）循環(huán)充電能力比鉛鈣蓄電池高3倍，具有更長(zhǎng)的使用壽命。

（2）在整個(gè)使用壽命周期內(nèi)具有更高的電容量穩(wěn)定性。

（3）低溫性能更可靠。

（4）降低事故風(fēng)險(xiǎn)，減少環(huán)境污染風(fēng)險(xiǎn)（由于酸液100%密封裝）。

（5）維護(hù)很簡(jiǎn)單，減少深度放電。

膠體密封蓄電池（即GEL型電池），膠體鉛酸蓄電池是對(duì)液態(tài)電解質(zhì)的普通鉛酸蓄電池的改進(jìn)，用膠體電解液代換了硫酸電解液，在安全性、蓄電量、放電性能和使用壽命等方面較普通電池有所改善。其電解液是由硅溶膠和硫酸配成的，硫酸溶液的濃度比AGM式電池要低，電解液的量比AGM式電池要多，跟富液式電池相當(dāng)。這種電解質(zhì)以膠體狀態(tài)存在，充滿在隔膜中及正負(fù)極之間，硫酸電解液由凝膠包圍著，不會(huì)流出電池。

膠體密封蓄電池其優(yōu)點(diǎn)如下：

（1）漏酸機(jī)率小。GEL型膠體電池是電解質(zhì)凝膠后沒有游離電液，因而漏酸的機(jī)率比AGM型電池小得多。

（2）失水少。因其灌注量比稀硫酸多，失水少，所以膠體電池不會(huì)因失水造成失效。

（3）有效延長(zhǎng)電池壽命。膠體的灌入新增了隔板的強(qiáng)度，保護(hù)了極板，彌補(bǔ)了隔板遇酸收縮的缺陷，使裝配壓力不明顯降低是其具有延長(zhǎng)電池壽命的原因之一。

（4）膠體鉛酸蓄電池抗過充能力強(qiáng)。

（5）嚴(yán)重放電情況下的恢復(fù)能力強(qiáng)。膠體填充了隔板與極板之間的空隙，降低了電池的內(nèi)阻，充電接受能力可因此而改善。

所以膠體電池的過放電，恢復(fù)能力和低溫充放性能都比AGM型電池優(yōu)越。

（6）體鉛酸蓄電池的自放電性能好，在同樣的硫酸純度和水質(zhì)情況下，蓄電池的存放時(shí)間可以延長(zhǎng)2倍以上。

（7）膠體鉛酸蓄電池在嚴(yán)重缺電的情況下，抗硫化性能很明顯。

（8）膠體鉛酸蓄電池后期放電性能好。

3、鉛碳電池

鉛炭電池是一種電容型鉛酸電池，是從傳統(tǒng)的鉛酸電池演進(jìn)出來(lái)的技術(shù)，它是在鉛酸電池的負(fù)極中加入了活性炭，能夠顯著提高鉛酸電池的壽命。

鉛碳電池是一種新型的超級(jí)電池，并結(jié)合了鉛酸電池和超級(jí)電容器兩者的優(yōu)勢(shì):

（1）既發(fā)揮了超級(jí)電容瞬間大容量充電的優(yōu)點(diǎn)，也發(fā)揮了鉛酸電池的比能量?jī)?yōu)勢(shì)，且擁有非常好的充放電性能。

（2）電池壽命延長(zhǎng)。由于加了碳(石墨烯)，阻止了負(fù)極硫酸鹽化現(xiàn)象，改善了過去電池失效的一個(gè)因素，延長(zhǎng)了電池壽命。

（3）度電成本下降。鉛炭電池的度電成本可低至0.5元/kWh，在規(guī)模化生產(chǎn)的基礎(chǔ)上，鉛炭電池甚至有望將度電成本降至0.4元以下。

鉛炭電池是鉛酸蓄電池領(lǐng)域最先進(jìn)的技術(shù)，也是國(guó)際新能源儲(chǔ)能行業(yè)的發(fā)展重點(diǎn)，具有非常廣闊的應(yīng)用前景。廣泛應(yīng)用于光伏電站儲(chǔ)能、風(fēng)電儲(chǔ)能和電網(wǎng)調(diào)峰等儲(chǔ)能領(lǐng)域。

鋰離子電池重要負(fù)極材料有錫基材料、鋰基材料、鈦酸鋰、碳納米材料、石墨烯材料等。鋰離子電池負(fù)極材料的能量密度是影響鋰離子電池能量密度的重要因素之一，鋰離子電池的正極材料、負(fù)極材料、電解質(zhì)、隔膜被稱為鋰離子電池的四個(gè)最核心材料。下面我們簡(jiǎn)單介紹一下各類負(fù)極材料的性能指標(biāo)、優(yōu)缺點(diǎn)及可能的改進(jìn)方向。

碳納米管

碳納米管是一種石墨化結(jié)構(gòu)的碳材料，自身具有優(yōu)良的導(dǎo)電性能，同時(shí)由于其脫嵌鋰時(shí)深度小、行程短，作為負(fù)極材料在大倍率充放電時(shí)極化用途較小，可提高電池的大倍率充放電性能。

然而，碳納米管直接作為鋰離子電池負(fù)極材料時(shí)，會(huì)存在不可逆容量高、電壓滯后及放電平臺(tái)不明顯等問題。如Ng等采用簡(jiǎn)單的過濾制備了單壁碳納米管，將其直接作為負(fù)極材料，其首次放電容量為1700mAh/g，可逆容量?jī)H為400mAh/g。

圖1碳納米管負(fù)極料

碳納米管在負(fù)極中的另一個(gè)應(yīng)用是與其他負(fù)極材料（石墨類、鈦酸鋰、錫基、硅基等）復(fù)合，利用其獨(dú)特的中空結(jié)構(gòu)、高導(dǎo)電性及大比表面積等優(yōu)點(diǎn)作為載體改善其他負(fù)極材料的電性能。如郭等采用化學(xué)氣相沉積法，在膨脹石墨的孔洞中原位生長(zhǎng)碳納米管，合成了膨脹石墨/碳納米管復(fù)合材料，其首次可逆容量為443mAh/g，以1C倍率充放電循環(huán)50次后，可逆容量仍可達(dá)到259mAh/g。碳納米管的中空結(jié)構(gòu)及膨脹石墨的孔洞，供應(yīng)了大量的鋰活性位，而且這種結(jié)構(gòu)能緩沖材料在充放電過程中出現(xiàn)的體積效應(yīng)。