UltraBattery

UltraBattery（通常以铅碳电池的形式出售）是由澳大利亚联邦科学与工业研究组织(CSIRO)发明的一种混合储能装置。UltraBattery将超级电容器技术与铅酸电池技术结合在一个带有普通电解质的单电池中。

美国桑迪亚国家实验室、先进铅酸电池联盟(ALABC)、联邦科学与工业研究组织(CSIRO)等独立实验室进行的研究以及EastPennManufacturing、FurukawaBattery和Ecoult的商业测试表明，与传统的阀控式铅酸(VRLA)电池相比，UltraBattery技术在部分充电状态(SoC)条件下具有更高的能效、更长的使用寿命和出色的充电接受能力。将这两种技术结合在一个电池中意味着与传统铅酸技术相比，UltraBattery的工作效率非常高，这主要是因为它可以在部分充电状态(pSoC)下长时间运行，而传统铅酸电池更通常设计用于高SoC使用（即当电池接近完全充电时）。在部分SoC范围内运行主要通过减少硫酸盐化和减少在非常高和非常低的充电状态下运行的时间来延长电池的寿命，其中各种副反应往往会导致劣化。当在这个部分SoC范围内运行时，传统的VRLA电池往往会迅速恶化。

UltraBattery是CSIRO在澳大利亚发明的。UltraBattery的开发由澳大利亚政府资助。日本公司古河电池有限公司也为UltraBattery技术的开发做出了贡献，日本政府通过新能源和工业技术开发组织(NEDO)为其开发提供了部分资金。2007年，EastPennManufacturing获得了制造和商业化UltraBattery技术的全球总许可，该技术用于动力和汽车应用（在各个地区）以及固定式储能应用（在全球范围内，除日本和泰国之外，古河电池是总许可持有人）.美国能源部还资助了UltraBattery，用于研究电网规模的固定式储能应用。2007年，CS​​IRO成立了子公司Ecoult，以应对这一市场。Ecoult还获得了澳大利亚政府的支持，以进一步发展Ultrabattery。2010年5月，美国电池制造商EastPennManufacturing从CSIRO手中收购了Ecoult。2013年3月，澳大利亚政府宣布通过澳大利亚可再生能源署的新兴可再生能源计划进一步提供资金，以进一步开发UltraBattery技术，作为住宅和商业可再生能源系统的经济高效储能。

UltraBattery是一种混合设备，将超级电容器技术与铅酸电池技术结合在一个带有普通电解质的单节电池中。从物理上讲，UltraBattery有一个正极和一个双负极——一部分是碳，一部分是铅，在一种普通的电解质中。这些共同构成了UltraBattery单元的负极，但具体而言，碳是电容器的电极，而铅是铅酸电池的电极。单个正极（氧化铅）是所有铅酸电池的典型特征，并且是铅酸电池和超级电容器所共有的。这项技术（特别是添加碳电极）使UltraBattery具有与传统VRLA电池不同的性能特征。尤其是UltraBattery技术在负电池电极上发生xxx性（或硬）硫酸盐化的影响要小得多——这是传统铅酸电池中常见的问题。

铅是电池负极的一部分。碳形成负超级电容器电极的一部分。电解液由硫酸和水组成。硫酸铅为白色结晶或粉末。正常的铅酸电池操作会在放电过程中看到小的硫酸铅晶体在负极上生长，并在充电过程中溶解回电解液中。电极由铅栅构成，铅基活性材料化合物——氧化铅——构成正极板的其余部分。

UltraBattery可用于一系列储能应用，例如：

• 在电动汽车(EV)电池中
• 储存可再生能源并从间歇性能源中平稳供电
• 作为具有化石燃料发电机的高效混合电力系统的一部分
• 为电网提供辅助服务。

UltraBattery几乎xxx可回收，并且可以在现有的电池制造设施中制造。

UltraBattery具有五个主要特征，这些特征构成了该技术与传统VRLA电池技术的不同点：更高的容量周转率、更低的每千瓦时寿命成本、更高的DC-DC效率、更少的刷新充电和更高的充电接受率。

UltraBattery由美国EastPennManufacturing制造，符合ISO9001:2008、ISO/TS16949:2009和ISO14001:2004认证标准的全球要求。UltraBattery的电解液在水中含有H2SO4，其铅电极是惰性的。由于电解质主要是水，UltraBattery具有阻燃性。UltraBatteries具有与传统VRLA电池相同的运输和危险限制

每个UltraBattery的每个部分——铅、塑料、钢和酸——几乎xxx可回收以供以后重复使用。这些电池的大型回收设施已经可用，美国使用的铅酸电池中有96%被回收。电池制造商从VRLA电池中回收和分离铅、塑料和酸。铅被冶炼和精炼以供重复使用。塑料零件经过清洁、研磨、挤压和模压成新的塑料零件。酸被回收、清洁并用于新电池。

独立实验室以及EastPennManufacturing、Furukawa和Ecoult已进行了测试，以比较UltraBattery与传统VRLA电池的性能。

微型混合动力电动汽车电池在70%SoC下以脉冲充放电模式进行了测试。UltraBattery的容量周转率和循环寿命是传统VRLA电池的约1.8倍。高级铅酸电池联盟(ALABC)在本田思域混合动力电动汽车的高速、部分充电状态运行中测试了UltraBattery的耐用性。测试车的每加仑行驶里程数与使用镍氢电池供电的同一车型相当。在微型、轻度和全混合动力汽车负载下，UltraBattery的循环性能至少比传统的最先进VRLA电池长四倍，与镍氢电池相当甚至更好。UltraBattery还表现出对再生制动充电的良好接受性，因此在现场试验期间不需要均衡充电。

UltraBattery在电力智能电网的固定应用中的Wh（瓦时）效率测试表明，在0.1C10A的速率下进行超过30次充放电循环，Wh效率在91%到94.5%之间，具体取决于电池的状态收费。[REF]这与桑迪亚国家实验室对铅酸电池效率的研究进行了比较，该研究发现传统的铅酸电池在79%和84%的充电状态之间运行（传统铅酸电池所采用的“顶部”充电模式）酸性电池一般被限制以延长其寿命）只能实现55%的增量充电效率。

电池在60%的充电状态下进行了3小时的充电和放电测试，每90个循环进行20小时的恢复充电。容量测试表明，经过270次循环后，UltraBattery容量比等于或大于103%，而传统铅蓄电池的容量比为93%。测试表明，在部分充电状态下运行时，UltraBattery比传统电池具有更长的循环寿命和更好的恢复充电特性。

进行了高倍率、部分充电状态循环测试，以测量UltraBattery在公用事业辅助服务应用中用于储能和风电场能量平滑的能力。使用1C1至4C1倍率的高倍率、部分充电状态循环曲线，UltraBattery能够以低于20%的容量损失进行超过15,000次循环，并且可以以4C1倍率循环。在相同条件下测试的吸收式玻璃哑光(AGM)VRLA电池只能以1C1倍率循环，大约100次循环后需要恢复充电，1100次循环后容量损失超过20%。与AGMVRLA电池相比，UltraBattery还能够循环超过十倍于恢复充电之间的循环次数（1000对100）。新南威尔士州汉普顿（澳大利亚）的一个风电场现场试验正在测试一个系统，该系统旨在展示使用储能来解决风力发电的短期间歇性问题。该试验比较了UltraBattery和其他三种铅酸电池在可再生能源平滑应用中的性能。对每串60个串联电池的电池电压变化的测量表明，UltraBattery在10个月内的变化要小得多（电压范围变化的标准偏差增加了32%，而140%–251%对于其他三种电池类型）。

桑迪亚国家实验室的测试表明，UltraBattery在公用循环中的运行时间比传统VRLA电池长得多。这些测试中的循环曲线旨在模拟频率调节负载，每小时大约4个循环，峰值功率旨在提供预期的典型SoC范围。结果表明，传统的VRLA电池（在部分充电状态(PSoC)和10%的放电深度下循环）在大约3000次循环后下降到其初始容量的60%。在同一测试中，EastPenn制造的UltraBattery运行了超过22,000次循环，基本保持了xxx的初始容量，而没有提供恢复充电。测试还表明，UltraBattery在能源应用中的性能比传统VRLA电池长得多，如桑迪亚国家实验室模拟的光伏混合循环寿命测试所示。测试得出的结论是，即使在40天的亏电情况下（每天从电池中取出的电量比放回的电量还多的周期）。UltraBatteries的性能远远超过传统的VRLA电池，即使传统的VRLA电池仅在7天的不足充电状态下运行。在不足充电状态下，无法通过逐渐充电恢复，也称为电池的刷新/均衡，因此硫酸盐化是该操作状态下传统VRLA的典型故障模式。在以60%的放电深度循环100天后，每30天接受一次刷新循环的传统VRLA电池已降至其初始容量的70%。两个UltraBattery单元（一个由Furukawa制造，一个由EastPenn制造）每个都经历了40天的不足充电，其性能仍然明显优于接受更频繁刷新的传统VRLA电池（它最多只经历了7天的不足充电）。经过430天的骑行，EastPennUltraBattery和FurukawaUltraBattery依然没有出现故障。EastPennBattery保持其初始容量的85%，而Furukawa电池则非常接近其初始容量的xxx。