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當加斯頓普蘭特在160多年前發(fā)明鉛酸電池時，他當時可能無法想象他的發(fā)明推動了數十億美元產業(yè)的發(fā)展。目前，鉛酸電池占全球儲能市場的70%，規(guī)模約為800億美元(約5000億元人民幣)，2018年總產能約為600千兆瓦時。

它已廣泛應用于不間斷電源、電網和汽車(燃料汽車、混合動力汽車和新能源汽車)等領域。未來，鉛酸電池的性能目標主要包括通過更有效地利用活性材料來提高材料利用率，實現更快的充電速度，進一步延長循環(huán)壽命和里程壽命，降低整體循環(huán)成本。

在每個充電和放電循環(huán)中，電池活性材料的連續(xù)溶解和再沉積將導致正極和負極的形態(tài)和微觀結構的連續(xù)變化。一般來說，這些結構變化會腐蝕純鉛/鉛鈣/鉛銻合金制成的電極柵，影響電池的循環(huán)壽命和材料利用率。

由于這種形態(tài)演變對鉛酸電池的運行是不可或缺的，在原子尺度上發(fā)現其控制機制有望在材料設計、表面電化學、高精度合成和能源材料的動態(tài)管理領域開辟令人振奮的新科學方向。由于保持整個電極表面積可以確保有效的充電和放電過程，因此有望對電池壽命產生直接影響。

考慮到鉛酸電池的電化學和化學過程之間的復雜相互作用，這些過程發(fā)生在多個尺度上，粒子范圍從10納米到10米。在鉛酸電池中，活性物質鉛和二氧化鉛通過傳統工藝被封裝成自結構多孔電極。在放電過程中，Pb2離子與電解液中的硫酸迅速反應，形成不溶的PbSO4晶體。

在加料過程中，硫酸鉛被轉化回鉛和二氧化鉛，由于硫酸鉛的溶解性差，這是一個對熱力學和動力學要求較高的過程。因此，電極孔中酸濃度梯度與硫酸鉛溶解速率之間的復雜關系凸顯了提高鉛酸電池快速充電性能的困難。

多尺度下鉛酸電池電化學和化學過程的復雜相互作用。在原子水平上探索電極過程將為提高鉛酸電池的效率、壽命和容量提供一種有效的途徑。

通過引入新的組件和電池設計以及替代的流動化學，鉛酸電池面臨的一些問題可以得到解決。目前，碳添加劑和載體主要用于電池的陰極，因此可以實現不同的互補電荷存儲模式(超級電容器加法拉第鉛充放電)。

此外，由于電極骨架的剛性、非反應性和導電性，可以延長電極材料的循環(huán)壽命。對于正極，仍然迫切需要找到一種能夠承受高電位和惡劣酸性環(huán)境的材料。使用雙極電極可以減少結構部件(電極網)的鉛消耗，并立即提高材料利用率，但同時，腐蝕和成本效益制造挑戰(zhàn)仍然是一個限制因素。此外，電池管理系統是每一個LIBs的關鍵組成部分，其實施可以提高鉛酸電池的運行效率和循環(huán)壽命。

鉛酸電池最有希望的未來可能是電網存儲，其未來市場估計在幾萬億美元左右。在降低生產和材料成本并解決技術障礙后，鉛酸電池有望成為電網儲能的一個有吸引力的解決方案。目前，鉛酸的電池具有基本的經濟潛力，可以提供20美元/千瓦時的儲能。

雖然基于能量密度指數，鉛酸電池和鋰電池之間存在競爭，但鋰離子電池通常用于考慮尺寸的便攜式應用，而鉛酸電池更適合于考慮成本的儲能應用。事實上，鋰電池將鎳氫和鎳鎘電池市場分割得更多。

總的來說，鉛酸電池的關注主要集中在對人體健康的危害和環(huán)境污染上。事實上，經過多年的發(fā)展和嚴格的法律法規(guī)，鉛酸電池的回收率已經達到99%。相反，鋰電池仍然存在許多人類安全和健康問題，包括：1)陰極材料中鎳和鈷www.missionhealthyus.com氧化物成分的潛在致癌性；Ii)熱失控事件(電池著火和爆炸)和產生的高毒性有機氟磷酸神經毒素；Iii)電解質和添加劑中有毒有機氟副產物造成的潛在環(huán)境污染。

像任何技術一樣，許多相關風險可以通過適當的材料管理、嚴格的生產規(guī)范和可靠的廢物管理來限制。鉛酸99%的電池回收率和嚴格的鉛排放環(huán)保法規(guī)大大減少了鉛對環(huán)境的污染。然而，由于短期內鋰電池技術缺乏回收方案，達到使用壽命的電池數量增加，鋰電池對環(huán)境的潛在危害加劇。

雖然在過去的30年里，基于實驗和理論的發(fā)展，鉛酸電池取得了很大的進步和應用，但研究人員仍需繼續(xù)努力，為鉛酸電池在技術上的發(fā)展而努力，以保證鉛酸電池在經濟、技術和環(huán)境上的強大優(yōu)勢，它在未來的儲能技術中仍將占據一席之地。