CSPower Blei-Kohlenstoff-Batterietechnologie & Vorteile

CSPower Blei-Kohlenstoff-Batterie – Technologie, Vorteile

Mit dem gesellschaftlichen Fortschritt steigen auch die Anforderungen an Batteriespeicher in verschiedenen Lebensbereichen. In den letzten Jahrzehnten wurden in vielen Batterietechnologien große Fortschritte erzielt, und auch die Entwicklung von Blei-Säure-Batterien war mit zahlreichen Chancen und Herausforderungen verbunden. Vor diesem Hintergrund arbeiteten Wissenschaftler und Ingenieure zusammen, um dem negativen Aktivmaterial von Blei-Säure-Batterien Kohlenstoff beizumischen. So entstand die Blei-Kohlenstoff-Batterie, eine Weiterentwicklung der Blei-Säure-Batterie.

Blei-Kohle-Batterien sind eine Weiterentwicklung der ventilgeregelten Blei-Säure-Batterien. Sie verwenden eine Kathode aus Kohlenstoff und eine Anode aus Blei. Der Kohlenstoff der Kathode fungiert als Kondensator bzw. Superkondensator und ermöglicht so schnelles Laden und Entladen sowie eine verlängerte Lebensdauer in der ersten Ladephase.

Warum der Markt Blei-Kohle-Batterien benötigt???

• * Ausfallarten von VRLA-Flachplattenbatterien bei intensiver Lade-/Entladezyklen

Die häufigsten Fehlerursachen sind:

– Erweichung oder Ablösung des Aktivmaterials. Während der Entladung wandelt sich das Bleioxid (PbO₂) der positiven Platte in Bleisulfat (PbSO₄) um und beim Laden wieder in Bleioxid. Häufige Ladezyklen verringern die Kohäsion des positiven Plattenmaterials aufgrund des höheren Volumens an Bleisulfat im Vergleich zu Bleioxid.

– Korrosion des Gitters der positiven Platte. Diese Korrosionsreaktion beschleunigt sich am Ende des Ladevorgangs aufgrund der notwendigen Anwesenheit von Schwefelsäure.

– Sulfatierung des Aktivmaterials der negativen Platte. Während der Entladung wandelt sich das Blei (Pb) der negativen Platte in Bleisulfat (PbSO₄) um. Bei niedrigem Ladezustand wachsen und verhärten sich die Bleisulfatkristalle auf der negativen Platte und bilden eine undurchdringliche Schicht, die nicht wieder in Aktivmaterial umgewandelt werden kann. Dies führt zu einer abnehmenden Kapazität, bis die Batterie schließlich unbrauchbar wird.

• * Das Aufladen einer Blei-Säure-Batterie braucht Zeit.

Idealerweise sollte eine Blei-Säure-Batterie mit einem Ladestrom von maximal 0,2C geladen werden, wobei die Hauptladephase acht Stunden dauern sollte. Eine Erhöhung des Ladestroms und der Ladespannung verkürzt zwar die Ladezeit, führt aber aufgrund der höheren Ladespannung zu einer reduzierten Lebensdauer und beschleunigter Korrosion der positiven Platte.

• * Blei-Kohle-Batterien: bessere Leistung bei Teilladezuständen, längere Lebensdauer und höhere Effizienz bei Tiefentladung

Durch den Austausch des aktiven Materials der negativen Platte gegen einen Blei-Kohlenstoff-Verbundwerkstoff kann die Sulfatierung potenziell verringert und die Ladungsaufnahme der negativen Platte verbessert werden.

Blei-Kohlenstoff-Batterietechnologie

Die meisten verwendeten Batterien ermöglichen ein Schnellladen innerhalb einer Stunde oder mehr. Auch im Ladezustand liefern sie noch Energie und sind somit weiterhin betriebsbereit, was ihre Nutzungsdauer verlängert. Das Problem bei Blei-Säure-Batterien besteht jedoch darin, dass sie sich sehr schnell entladen und sehr lange zum Wiederaufladen benötigen.

Der Grund dafür, dass Bleiakkumulatoren so lange brauchten, um ihre ursprüngliche Ladung wiederzuerlangen, waren die Bleisulfatreste, die sich an den Elektroden und anderen internen Bauteilen der Batterie abgelagert hatten. Dies erforderte einen regelmäßigen Ausgleich des Sulfats von den Elektroden und anderen Batteriekomponenten. Diese Bleisulfatfällung tritt bei jedem Lade- und Entladezyklus auf, und der dadurch entstehende Elektronenüberschuss führt zur Wasserstoffbildung und somit zu Wasserverlust. Dieses Problem verstärkt sich mit der Zeit, und die Sulfatreste beginnen, Kristalle zu bilden, die die Ladefähigkeit der Elektrode beeinträchtigen.

Die positive Elektrode derselben Batterie liefert trotz gleicher Bleisulfat-Ausfällungen gute Ergebnisse, was darauf hindeutet, dass das Problem an der negativen Elektrode liegt. Um dieses Problem zu beheben, haben Wissenschaftler und Hersteller Kohlenstoff zur negativen Elektrode (Kathode) hinzugefügt. Durch die Kohlenstoffzugabe wird die Ladeaufnahme der Batterie verbessert, wodurch die durch Bleisulfat-Rückstände verursachte Teilladung und Alterung verhindert wird. Die Batterie verhält sich dadurch wie ein Superkondensator und bietet seine Eigenschaften für eine bessere Leistung.

Blei-Kohlenstoff-Batterien sind ein idealer Ersatz für Anwendungen, die Blei-Säure-Batterien benötigen, wie z. B. in Systemen mit häufigem Start-Stopp-Verhalten und in Mikro-/Mild-Hybrid-Systemen. Sie sind zwar schwerer als andere Batterietypen, aber kostengünstig, temperaturbeständig und benötigen keine Kühlung. Im Gegensatz zu herkömmlichen Blei-Säure-Batterien arbeiten Blei-Kohlenstoff-Batterien problemlos zwischen 30 und 70 Prozent ihrer Ladekapazität, ohne dass Sulfatablagerungen auftreten. In den meisten Anwendungsbereichen sind Blei-Kohlenstoff-Batterien den Blei-Säure-Batterien überlegen, weisen aber wie Superkondensatoren einen Spannungsabfall beim Entladen auf.

Konstruktion fürCSPowerSchnellladefähige Blei-Kohlenstoff-Batterie für den Tiefzyklusbetrieb

Merkmale für Schnelllade-Tiefzyklus-Blei-Kohle-Batterie

• Ich kombiniere die Eigenschaften von Blei-Säure-Batterien und Superkondensatoren.
• l Langlebiges Service-Design, hervorragende PSoC- und zyklische Leistung
• Hohe Leistung, schnelles Laden und Entladen
• l Einzigartiges Raster- und Bleiklebedesign
• l Extreme Temperaturtoleranz
• l Betriebsfähig bei -30 °C -60 °C
• l Fähigkeit zur Tiefenentladungswiederherstellung

Vorteile der Schnelllade-Tiefzyklus-Blei-Kohle-Batterie

Jede Batterie hat ihren vorgesehenen Verwendungszweck, der von ihren Anwendungsbereichen abhängt, und kann nicht generell als gut oder schlecht bezeichnet werden.

Blei-Kohlenstoff-Batterien sind zwar nicht die neueste Batterietechnologie, bieten aber einige große Vorteile, die selbst neuere Batterietechnologien nicht bieten können. Einige dieser Vorteile von Blei-Kohlenstoff-Batterien sind im Folgenden aufgeführt:

• l Geringere Sulfatierung bei Betrieb mit teilweisem Ladezustand.
• l Niedrigere Ladespannung und dadurch höhere Effizienz und geringere Korrosion der positiven Platte.
• Und das Gesamtergebnis ist eine verbesserte Lebensdauer.

Tests haben gezeigt, dass unsere Blei-Kohlenstoff-Batterien mindestens achthundert 100%-Entladezyklen überstehen.

Die Tests bestehen aus einer täglichen Entladung auf 10,8 V mit I = 0,2C₂₀, gefolgt von einer etwa zweistündigen Ruhephase im entladenen Zustand und anschließend einer Wiederaufladung mit I = 0,2C₂₀.

• l ≥ 1200 Zyklen bei 90 % DoD (Entladung auf 10,8 V mit I = 0,2C₂₀, anschließend etwa zweistündige Ruhezeit im entladenen Zustand und dann Wiederaufladung mit I = 0,2C₂₀)
• l ≥ 2500 Zyklen bei 60 % DoD (Entladung über drei Stunden mit I = 0,2C₂₀, unmittelbar danach Wiederaufladung mit I = 0,2C₂₀)
• l ≥ 3700 Zyklen bei 40% DoD (Entladung über zwei Stunden mit I = 0,2C₂₀, unmittelbar danach Wiederaufladung mit I = 0,2C₂₀)
• Der thermische Schädigungseffekt ist bei Blei-Kohlenstoff-Batterien aufgrund ihrer Lade- und Entladeeigenschaften minimal. Einzelne Zellen sind weit von der Gefahr des Brennens, Explodierens oder Überhitzens entfernt.
• Blei-Kohlenstoff-Batterien eignen sich hervorragend für netzgekoppelte und netzunabhängige Systeme. Aufgrund dieser Eigenschaft sind sie auch eine gute Wahl für Solaranlagen, da sie eine hohe Entladestromstärke bieten.

Blei-Kohle-BatterienVSVersiegelte Blei-Säure-Batterien, Gel-Batterien

• Blei-Kohlenstoff-Batterien eignen sich besser für den Betrieb in Teilladezuständen. Herkömmliche Blei-Kohlenstoff-Batterien arbeiten am besten und haben die längste Lebensdauer, wenn sie strikt nach dem Schema „voll geladen – vollständig entladen – voll geladen“ betrieben werden; sie reagieren nicht gut auf das Laden in einem Zwischenzustand. Blei-Kohlenstoff-Batterien funktionieren hingegen auch in den weniger eindeutigen Ladebereichen problemlos.
• Blei-Kohle-Batterien verwenden Superkondensator-Elektroden als negative Elektroden. Sie bestehen aus einer herkömmlichen Blei-Elektrode als positiver Elektrode und einer Superkondensator-Elektrode als negativer Elektrode. Diese Superkondensator-Elektrode ist entscheidend für die lange Lebensdauer der Kohle-Kohle-Batterien. Eine herkömmliche Blei-Elektrode unterliegt im Laufe der Zeit durch das Laden und Entladen einer chemischen Reaktion. Die Superkondensator-Elektrode reduziert die Korrosion an der positiven Elektrode, was deren Lebensdauer verlängert und somit zu einer längeren Batterielebensdauer führt.
• Blei-Kohle-Batterien zeichnen sich durch schnellere Lade- und Entladeraten aus. Standard-Bleiakkumulatoren erreichen maximal 5–20 % ihrer Nennkapazität. Das bedeutet, dass man sie 5–20 Stunden lang laden oder entladen kann, ohne dass dies langfristig Schaden nimmt. Blei-Kohle-Batterien hingegen haben theoretisch eine unbegrenzte Lade- und Entladerate.
• Blei-Kohle-Batterien sind wartungsfrei. Sie sind vollständig versiegelt und benötigen keine aktive Wartung.
• Blei-Kohlenstoff-Batterien sind preislich mit Gel-Batterien vergleichbar. Gel-Batterien sind in der Anschaffung zwar immer noch etwas günstiger, Blei-Kohlenstoff-Batterien sind aber nur geringfügig teurer. Der aktuelle Preisunterschied zwischen Gel- und Blei-Kohlenstoff-Batterien beträgt etwa 10–11 %. Berücksichtigt man, dass Blei-Kohlenstoff-Batterien rund 30 % länger halten, wird deutlich, warum sie das bessere Preis-Leistungs-Verhältnis bieten.