一吨电动叉车

尚未完成电动吨叉车：铅酸电池在所有电气化事物中扮演着重要角色。

锂离子电池已经成为世界储能的宠儿。锂离子电池具有重量轻、功能强大并且有循环寿命长等优点，使它们成为电动汽车、个人电子产品和手机以及电池供电电动工具等移动应用的主要来源。然而，传统的铅酸蓄电池（正在被锂离子电池取代）市场仍然处于一个增长的趋势：在2018年，全球铅酸蓄电池的市场价值为397亿美元，预计到2026年达到597亿美元，平均年增长率为5.2%。

铅酸蓄电池在许多不同应用中已经有超过160年的历史电动吨叉车了，仍然是中小型存储应用中使用最广泛的可充电电化学电池。铅酸蓄电池具有安全性、成本低、易充电和易回收等特性。该电池由浸在硫酸电解液中的两个电极组成。正极是有金属氧化铅制成，而负极由金属铅制成。

铅酸蓄电池有两种：富液式铅酸蓄电池和免维护阀控铅酸蓄电池（VRLA）。富液式铅酸蓄电池成本相对较低，但比较于免维护阀控蓄电池需要大量的维护和通风。AGM电池是VRLA蓄电池的一种，其玻璃纤维吸收垫含有液体硫酸电解液。AMG电池可以在任何位置工作，即使电池壳体被刺破，也不会泄漏电解液。

铅酸蓄电池最常用用于汽车的启停系统中。低成本，能够在短时间内可以产生高电流以及使用车载交流发电机充电是蓄电池的关键。对于其他用处，这些电池存在一些挑战性，包括在电池试用期间内只有相对较低的充放电循环次数，低能量密度，因为电池重量过重（毕竟电池是由铅制作的）。

尽管铅酸蓄电池已经进入第二个一百年，但在21世纪，尤其是在工业环境中，铅酸蓄电池仍然扮演着重要角色。我们收集了9个铅酸可行的应用。或许在有些应用中，你可能会大吃一惊。

汽车启动蓄电池（SLI）

铅酸蓄电池的最大使用量仍然是汽车启动电池。这种应用被称为启动、照明和点火(SLI)，非常适合铅酸电池产生大电流的能力，这种大电流是让冷的内燃机(ICE)运转的必要条件。

12V的铅酸蓄电池用于车辆启动，可以提供照明、仪表、收音机和气候控制提供电源。尽管运输电气化的发展最终将导致内燃机汽车的减少，但印度和亚洲等地的低成本汽油和柴油动力汽车的生产将在未来几十年将会维持对SLI蓄电池的高需求。

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通过车载交流发电机和少量电子设备即可为汽车中的铅酸蓄电池充电。这与锂离子电池不同，锂离子电池必须通过复杂电子设备进行仔细监控，避免过度充电导致热失控。

铅酸蓄电池也是容易回收的，这是一个很重要的因素，由于存在大量SLI蓄电池及其所含铅的毒性。监管政策和财政激励措施已经推进了铅酸蓄电池的回收，回收率高达95%以上。

叉车

电池动力叉车已经基本取代了那些以天然气为燃料的叉车。除了具有低运营成本外的优点外，电动叉车可以在建筑物或封闭空间内运行，而不必担心有毒废气以及一氧化碳聚集。

叉车是一种移动应用，铅酸蓄电池的重量级可以为其带来优势。叉车运行速度低，当电池放置在较低位置时，叉车可以提供重量来平衡负载，特别是当其提升到较高位置以放置在存储架上时。用较轻的电池（例如，锂离子电池）代替铅酸蓄电池可能需求对叉车进行压载，以保持安全操作。

叉车作为物料搬运行业里重要的一部分，生产力和低成本是非常重要的，铅酸蓄电池将持续占主导地位。

数据中心紧急电源

互联网巨头亚马逊、Facebook和谷歌等公司依靠数据系统来维持业务。当突发停电或电源服务短暂中断时，启用不间断电源系统（UPS）用于保持数据中心在线。充电电池组保持备用状态，并准备随时提供电力。

传统来说，铅酸蓄电池一直用于数据中心电源应用。因为蓄电池成本低，充电技术要求低，蓄电池已成为可长时间处于待机状态的系统首选。铅酸蓄电池的重量并不那么重要，因为该电池在整个使用寿命内是处于静止状态的。

锂离子电池在一些数据中心应用中已经开始取代铅酸蓄电池了。锂离子电池除了具有更长的充放电循环寿命外（锂离子电池有1000次循环寿命，而铅酸蓄电池仅有300至400次），锂离子电池可以在更小的空间提供相同的能量。当数据中心的占地面积非常昂贵时，这将成为一项非常重要的考虑因素。然而，铅酸电池不会很快消失，因为这种行业应用的成本效益仍然是一个优势。

信号塔/5G服务

手机在现代生活中许多地方已经成为必不可少的设备了。如果电源中断，紧急呼叫仍旧必须可以操作，信号塔需要有备用电源来维持手机运行。备用电源的形式是备用电池，有时是辅助发电机，即使电网出现故障，也可以维持几个小时的手机服务。

与许多工业应用一样，铅酸蓄电池相对成本低、维修需求低，所以成为信号塔备用电源的首选。

首次5G电池服务的展示可能会对信号塔备用电源的电池化学种类产生影响。5G服务承诺在从远程医疗到自动驾驶汽车的各个领域进行创新，电源需要可能会增加，更小尺寸的锂离子电池将在铅酸蓄电池目前占据的相同空间内提供更多电力。美国、巴西、印度以及香港等地对电信行业的扩增需要不间断电源系统，而锂离子电池是否开始在这些应用中取代铅酸蓄电池仍旧有待考量。

可再生能源储存

可再生能源是美国增长最快的新发电容量装置。间歇性可再生能源，例如风能、太阳能之所以有效是因为当刮风时或阳光普照时，能源储存系统储存电力，并在需要时释放电能。

低成本的铅酸蓄电池又一次发挥了作用，因为电池化学已成为储存可再生能源供小型家庭使用和电网规模工业使用的流行选择。铅酸蓄电池经常被用于离网应用，例如独立微电网，特别是在前期成本可能成为障碍的情况下。

柴油动力和核潜艇

如果你看过一些关于二次世界大战柴油动力潜艇的电影，你会了解电池对其的重要性。在好莱坞的一部电影中，潜艇在水下运行并返回水面的能力很大程度上要归功于大量的铅酸蓄电池，几乎需要全体船员的持续关注。

美国潜艇队在二战期间不断壮大且崭露头角，263艘潜艇进行战争巡逻。美国潜艇上有两块电池，一个是由126块铅酸蓄电池组成。充电可以在水面上完成，或在水下通过通气管系统呼吸的柴油发动机上进行。

日常保养包括用蒸馏水加满电池，蒸馏水来自电池室附近的大型水箱。与早期的潜艇一样，电池被放置在较低位置，以维持潜艇的稳定性。

1954 年，随着“鹦鹉螺”号核动力潜艇的下水，潜艇的一切都发生了变化。有了蒸汽涡轮机和大量的电力来净化水和空气，核潜艇可以一次在水下呆几个月，并以高速行驶很远的距离。有趣的是，核潜艇仍然携带铅酸电池组，以便在核反应堆和发电机出现问题时能够运行和浮出水面。

使用重型铅酸蓄电池不仅可以为核潜艇提供备用电源，还可以保持平衡。因为潜艇内的空气提供浮力，而铅酸蓄电池内含有大量的铅有助于在潜水时将船只拖到水下。可以使用较轻的电池，但潜艇可能仍然需要铅压载物，以帮助在水下保持其中性浮力。

医院紧急电源

医院是一个复杂的基础设施，需要一个持续稳定可靠的电源。任何短暂的电力故障都可能导致患者数据的丢失，救援医疗设备和监控、应急照明、安全出口标志以及安全系统的中断。

大多数医院都有用于短时间内电源中断的一套电池备用系统，还有一套发电机系统，用于更长时间的停电。补救在短时间停电和备用发电运行可能需要10分钟或更长时间。

与许多其他不间断电源系统应用一样，医院紧急电池大部分时间处于闲置状态。当一年有几次停电时，断电的事情就会发生，不间断电源系统必须以高电流快速放电电池，直到发电机能够正常工作。当电力回复时，不间断电源系统为电池继续充电，然后进入另一个延长的等待期。虽然UPS电池不经常使用，但这种电池通常又快又硬，这是铅酸电池非常适合的应用。

电网调峰需求

电网必须有足够的发电能力，这样可以在用电高峰期间提供可靠稳定的电力。从历史上看，峰值需求通常会遇到较高成本的发电机来满足，现在的电池存储系统被用于满足峰值需求。

铅酸蓄电池的前期成本较低，这一特点使得负载电力峰值方面具有吸引力，然而，短的循环寿命和不能长时间保持不带电或深度放电而不会造成永久性损坏，限制了其在公用事业规模电力系统应用中的应用。一些电网服务，如需要频繁、浅充放电的频率调节，更适合铅酸。

2012年，East Penn Manufacturing研发了一种3MW的超级电池，铅酸蓄电池电容器混合系统可以提供频率调节和需求管理服务。当不向电网提供额外的服务时，存储系统可以向当地配电公用设施提供需求管理服务。

电动汽车应用

锂离子电池绝对是电动汽车（EV）牵引电机的首选动力电池，但是许多人继续使用铅酸蓄电池为启动系统微处理器、照明功能、收音机和娱乐等系统提供动力。低电压的铅酸蓄电池是通常使用DC-DC转换器保持充电状态，该转换器将锂离子电池组内的高电压（300-600V）转换成维持铅酸蓄电池充电的低电压（12V）。

成本和简单操作性是在电动汽车附件应用中使用铅酸蓄电池的主要驱动力。铅酸蓄电池的重量是显而易见的，然而随着时间的推移，电动汽车开始使用较轻的辅助12V的锂离子电池或不使用辅助电池，直接通过DC-DC转换器为低压电路供电。

中国化学与物理电源行业协会杨柳翻译

2022.1.14