本文是應行業(yè)好友的盛情相約,在出差途中倉促寫就的一篇應景命題作文,提出了一些自己個人的看法,總的來說文章寫得比較粗糙,某些觀點也許既不正確,也不全面,還希望廣大的行業(yè)專家學者和企業(yè)家朋友們批評指正。但是,這篇文章的目的就是起一個拋磚引玉的作用,引導我們叉車行業(yè)的人士就《鋰電已兵臨城下,鉛酸該如何應對》這個話題展開廣泛的討論,各抒己見,共同努力,探索一條真正適合鉛酸電池企業(yè)持久發(fā)展的合理道路。
以上照片選自前蘇聯(lián)的電影《兵臨城下》,德軍來勢兇猛,咄咄逼人,蘇聯(lián)紅軍正在進行大閱兵,鼓舞斗志。今年以來,特別是從下半年開始,鋰電池在叉車行業(yè)的滲透力度突然加大,最為明顯的就是今年的上海CeMAT展會上,鋰電池已然成為了展會上最亮麗的風景線,幾乎到了不談論鋰電,感覺自己已經落后了,跟不上時代了。面對鋰電池如此發(fā)展迅猛的勢頭,鉛酸電池該如何應對呢?我嘗試著從以下幾個方面來逐個分析。
一、鉛酸蓄電池的歷史與現(xiàn)狀
1.鉛酸蓄電池的歷史
鉛酸蓄電池是法國人普蘭特(G.Plante)在1859年發(fā)明的,到今天為止,已經差不多有160年的歷史了。鉛酸蓄電池自從發(fā)明問世并投入大規(guī)模的商業(yè)應用以來一直在化學電源中占著絕對的優(yōu)勢。不論是在交通、通信、電力、軍事還是在航海、航空各個經濟領域,鉛酸蓄電池都起到了不可缺少的重要作用。
雖然鉛酸蓄電池的歷史已經很久了,但是,從整體來說,進步并不算太大,無論是從材料學,還是技術上,都沒有明顯的改變??赡苁倾U酸蓄電池企業(yè)日子太好過了的緣故,因為這么多年來,一直沒有受到過其它產品的威脅,雖然偶爾會冒出一二個概念性的產品,但從來就沒有形成量產,像今天的鋰電池一樣大規(guī)模應用,因此,所有鉛酸電池的大部分企業(yè)都是把自己的絕大部分精力主要用于生產、市場營銷,而在技術產品研發(fā)本身很少有所作為。而且,當一個產品問世時間太長了,基本上已經很少再有人去花時間、花精力、花金錢去研發(fā)了,就好比當年傳統(tǒng)的白熾燈泡一樣,天下大局已定,再也沒有人去研究了,最后的結局就是讓其它光源取而代之。
2.鉛酸蓄電池的現(xiàn)狀
那么,鉛酸電池是否也會重復走白熾燈的老路的呢?原來是有這種可能性,但是,現(xiàn)在來分析,我看是不會的。原因是鋰電來了,而且已經是到了兵臨城下的地步。因此,近年來,鉛酸蓄電池在理論研究方面,在產品種類及品種、產品電氣性能等方面也都得到了一些的進步。鉛酸蓄電池是工業(yè)化最早的二次電池,一百多年來該產業(yè)的發(fā)展仍然是方興未艾。其主要原因就是因為鉛酸蓄電池是化學電池中市場份額最大、使用范圍最廣的電池,特別是在起動和大型儲能等應用領域,在較長時間尚難以被其他新型電池替代。鉛酸蓄電池價格較低,具有技術成熟、高低溫性能優(yōu)異、穩(wěn)定可靠、安全性高、資源再利用性好等比較優(yōu)勢,市場競爭優(yōu)勢明顯。相對于其他電池金屬材料,鉛資源比較豐富,鉛儲量和再生鉛保證鉛酸蓄電池產業(yè)可持續(xù)發(fā)展的年限相對較長,鉛酸蓄電池大量應用,較長時間內不會造成鉛資源短缺。
鉛酸蓄電池不足之處在于:能量密度偏低、循環(huán)壽命偏短,主要原材料鉛是一類有毒物質,電池生產和再生鉛加工過程中存在鉛污染風險,管理不善可能會對環(huán)境和人體健康造成危害。隨著新技術的突破和新結構的應用,鉛碳電池、雙極性電池、非鉛板柵電池等先進鉛酸蓄電池的不斷問世,改變了質量能量比偏低、循環(huán)壽命較短等不足,并且隨著法規(guī)制度的逐步健全和管理水平的提升,鉛污染的風險也可防可控。為鉛酸蓄電池產業(yè)的持續(xù)發(fā)展注入了新的活力。在未來,鉛酸蓄電池仍將在備用電源、儲能、起動、動力等應用領域發(fā)揮重要的作用。
二、鉛酸蓄電池的優(yōu)缺點
1.鉛酸蓄電池的優(yōu)點
①性能比較優(yōu)勢
目前,大規(guī)模產業(yè)化的二次電池主要有鉛酸蓄電池、鎘鎳電池、氫鎳電池和鋰離子電池。鎘鎳電池含有劇毒元素鎘,已逐步被其他電池所替代。目前,市場上應用最廣泛的電池為鉛酸蓄電池、鋰離子電池和氫鎳電池。相較于其他二次電池,鉛酸蓄電池主要有以下性能比較優(yōu)勢:
A、實現(xiàn)工業(yè)化生產的時間最長、技術最成熟的電池,性能穩(wěn)定、可靠,適用性好;
B、采用稀硫酸作電解液,無可燃性,電池采用常壓或低壓設計,安全性好;
C、工作電壓較高、工作溫度范圍較寬,適用于混合電動車等高倍率放電應用;
D、能浮充電使用,淺充淺放電性能優(yōu)異,適用于不間斷電源(UPS)、新能源儲能、電網削峰填谷等領域;
E、大容量電池技術成熟,能制成數(shù)千安時的電池,為大規(guī)模儲能提供了便利。
②安全性能比較優(yōu)勢
鉛酸蓄電池具有很高的安全性,在高溫100度的情況下可以正常使用,本體不會發(fā)生爆炸、燃燒、污染這些問題,對人身、設施安全非常有保證。
鉛酸蓄電池電壓穩(wěn)定性極高,這是緣由鉛酸蓄電池是二次電源中唯一一種兩極用同等材料做成的,同時電解質也具有唯一性。所以鉛酸蓄電池具有很寬的使用溫帶,可在-50℃——+100℃溫度范圍內可靠地使用。例如在北方冬天零下40℃、50℃情況下,汽車能很正常的啟動,在夏天南方高溫環(huán)境中即使汽車發(fā)動機產生更高的溫度也不會影響鉛酸蓄電池的正常使用。
③成本比較優(yōu)勢
鉛酸蓄電池是最廉價的二次電池,單位能量的價格是鋰離子電池或氫鎳電池的1/3 左右。此外,鉛酸蓄電池的主要成分為鉛和鉛的化合物,鉛含量高達電池總質量的60%以上,廢舊電池的殘值較高,回收價格超過新電池的30%,因此鉛酸蓄電池的綜合成本更低。
④再生利用比較優(yōu)勢
鉛酸蓄電池組成簡單,再生技術成熟,回收價值高,是最容易實現(xiàn)回收和再生利用的電池。鉛酸蓄電池中的鉛、塑殼、隔板、硫酸全部都可以回收再利用,所以廢舊鉛酸蓄電池是很值錢的東西,全球再生鉛產量已經超過原生鉛產量,美國廢鉛酸蓄電池鉛的再利用率已超過98.5%,我國廢鉛酸蓄電池的再利用率也達到90%以上。也就是說鉛酸蓄電池的生產和使用幾乎不消耗地球上的鉛資源,幾十年、幾百年后當?shù)厍蛏蟿e的資源都基本消耗盡了,鉛酸蓄電池仍然能夠很好地為人類服務。
鎘鎳電池、氫鎳電池、鋰離子電池多為小型電池,且組成復雜,再生成本高,回收難度大,再生產業(yè)難以實現(xiàn)市場化運營。目前,前述電池全球的平均回收比例不足20%,特別是鋰離子電池,多數(shù)國家尚未實現(xiàn)有效回收和再生。
2.鉛酸蓄電池的缺點
①能量密度偏低
傳統(tǒng)的鉛酸蓄電池質量和體積能量密度偏低,能量密度只有為鋰離子電池的1/3 左右,氫鎳電池的1/2 左右,并且體積較大,不適宜在質量輕、體積小的場合使用。未來,鉛酸蓄電池能量密度仍有較大的提高空間,尤其是泡沫碳等采用新材料、新技術的鉛酸蓄電池。
②循環(huán)壽命偏短
傳統(tǒng)鉛酸蓄電池循環(huán)壽命較短,理論循環(huán)次數(shù)為鋰離子電池1/3 左右。鉛酸蓄電池的循環(huán)壽命提高的空間仍然比較大,特別是新材料、新結構和新技術的鉛酸蓄電池,如雙極性鉛酸蓄電池、鉛碳電池等。
③產業(yè)鏈存在鉛污染風險
鉛是鉛酸蓄電池的主要原材料,鉛占電池質量的60%以上,全球鉛酸蓄電池的用鉛量占總用鉛量的80%以上。鉛為重金屬,鉛酸蓄電池制造產業(yè)鏈(包括原生鉛冶煉、電池制造、電池回收、再生鉛冶煉)存在較高的鉛污染風險,管理不善會對環(huán)境造成污染和對人體健康產生危害。
鉛酸蓄電池雖然是一種老產品,但其在技術上仍然存在很大的提升空間,我們都知道鉛酸蓄電池的兩大軟肋一是生產過程有污染,二是能量密度偏低。對于生產污染問題,隨著生產設備的自動化,成套化和智能化發(fā)展以及環(huán)保設備的升級,這個問題基本上已經解決。另外一個能量密度問題目前確實與鋰電池等新型二次電源有一定差距,但并不是不能縮短此距離的,提升的空間很大。這方面需要鉛酸蓄電池行業(yè)不斷的努力,要在創(chuàng)新思維的下采用洪荒之力去拼搏,這樣前景一定是美好的,鉛酸蓄電池也不會被淘汰的。
三、鉛酸蓄電池的發(fā)展方向
用老一套的思維和方法,走老路,一定是走不到新的地方。鋰電已兵臨城下,鉛酸該如何應對呢?鋰電廠家一直以來都是高高在上,除了比亞迪之外,幾乎都對叉車興趣不大,那么,為什么突然之間都開始青睞于工業(yè)車輛呢?原因是多方面的。首先,是在國家政策導向下引起的一窩蜂投資鋰電項目,從而造成鋰電產能嚴重過剩,尋找新的市場空間。其次,是因為工業(yè)車輛發(fā)展形勢喜人,特別是電動叉車的發(fā)展空間確實不小,因此,鋰電快速進入叉車行業(yè)是事出有因的。
雖然鋰電看起來有很多鉛酸電池所不具備的優(yōu)點,如充電時間短、體積小、重量輕、免維護,等等,來勢洶洶,不可一世,但鋰電自身還是存在著很多的不足,如價格偏高、報廢后的處理還存在著技術瓶頸和成本的壓力。
第一、凡是從事鉛酸電池的企業(yè)首先要從思想上有一個正確的認識。千萬不要因為鋰電熱起來了就去盲目跟風。在這里,我用一個簡單的比喻來說明這個問題,生產鉛酸電池就好比是生產汽車,生產鋰電池就好比是生產輪船,生產氫燃料電池就好比是生產飛機,雖然汽車、輪船、飛機都是交通工具,但是,因為生產技術、生產原料、生產設備都完全不同,很難由一家企業(yè)可以全部囊括,當然,日本的三菱重工是因為擁有軍工背景的特殊身份和特定歷史時期才得以形成。同樣,鉛酸電池、鋰電池、氫燃料電池雖然都是電池,但是,無論是生產原材料,到生產設備、生產工藝,都是完全不同,很難能同時兼顧。我們完全可以設想一下,讓大眾汽車轉產去生產集裝箱貨輪,會是一個什么樣的結果。
第二、認真分析目前鉛酸電池在應用中的一些優(yōu)缺點,針對缺點,如充電時間長和需要添加補充液等問題,逐項攻關克服改善。同時,也要針對鉛酸電池的優(yōu)點,如完全回收重復利用,真正實現(xiàn)閉環(huán)使用的特色充分發(fā)揮出來,提倡銷售與回收進行綁定。
第三、鉛酸電池一直以來都沒有重視電池管理系統(tǒng),隨著物聯(lián)網的普及和成本的降低,應該在電池管理系統(tǒng)方面多下功夫,動力單元管理系統(tǒng)并不是哪一種能源的專利,傳統(tǒng)的發(fā)動機也有熱效率管理系統(tǒng),鉛酸蓄電池也必須開始重視配置電池管理系統(tǒng),而且最好是一步到位,直接利用物聯(lián)網實現(xiàn)遠程監(jiān)控電池的各項技術參數(shù),并且進一步還能做到遠程診斷和修復,真正做到對鉛酸蓄電池的全生命周期管理。有一個非常簡單的道理,對于一個由不同的人共同組建的企業(yè)來說,有或者沒有管理,高水平管理或者低水平管理,一定會影響到這個企業(yè)的發(fā)展,或者興旺發(fā)達,或者關門倒閉。
第四、一定要非常重視電池與充電器之間的選擇與匹配,充電器絕對不是僅僅給電池充電這么簡單,無論如何強調充電器對電池的重要性都不為過分,就如同我們都非常強調家庭對家人的重要性是完全一樣的,充電器對電池來說,除了正常的充電,補充能量,還可以即時診斷、修復,充電器還可以根據電池的實際情況,如使用時間、新舊程度、使用環(huán)境、季節(jié)變化,隨時調整對電池的充電電壓和電流,做到智能化的精心呵護。當然,發(fā)達國家在充電器中都增加電池空氣攪拌系統(tǒng),這一點也需要我們學習借鑒。完全可以這么說,現(xiàn)在鉛酸蓄電池所表現(xiàn)出來的一些缺點,與不會選擇適當?shù)某潆娖魇窍⑾⑾嚓P的,有很多的問題,是完全可以通過選擇適當?shù)某潆娖骶涂梢院芎媒鉀Q的。
第五、我希望我們所有的從事鉛酸蓄電池的企業(yè),一定要非常重視產品的研發(fā)工作,千萬不要抱著鉛酸電池是夕陽產業(yè)的這樣一個想法,做一天和尚撞一天鐘,得過且過?,F(xiàn)在世界上的新技術和新材料層出不窮,日新月異,如何把新的技術和材料應用在傳統(tǒng)的鉛酸電池上,研發(fā)出新的產品,如純鉛電池、鉛碳電池,等等,發(fā)展的前景一定是無法估量的。
在鋰電已經兵臨城下的時候,我認為有必要大聲呼吁一下,希望有更多的人來正確了解和重新認識鉛酸蓄電池這種產品和這個行業(yè),我國大力推廣新能源的政策以及從財政上補貼新能源的方向都是對的,比如說鋰電池,還有其他一些新型的電池如氫燃料電池。但不是說新的產品出來老的產品就一定要淘汰,老產品有老產品的好處,應該鼓勵更多的改良與創(chuàng)新,該支持也得支持。什么才能決定老產品的生命力呢?那就是看市場還能不能繼續(xù)接受它??傊?,我對鉛酸蓄電池的未來充滿了信心!