本文由张浩（防化研究院）、吴贤章、相佳媛（浙江南都电源动力股份有限公司）、曹高萍（防化研究院）、陈建（浙江南都电源动力股份有限公司）共同撰写，发表于《Chinese Battery Industry》2012年第17卷第3期。该综述文章聚焦于超级铅蓄电池（ultra lead-acid batteries）这一新兴技术领域，系统总结了将超级电容器活性炭电极材料应用于传统铅蓄电池的最新研究进展。
超级铅蓄电池是近十年来铅酸电池领域的重要技术创新，其核心在于将超级电容器（ultracapacitor）的双电层储能机制与传统铅蓄电池的法拉第反应相结合。这种混合储能技术通过在铅蓄电池中引入高比表面积活性炭材料，显著改善了传统铅蓄电池在倍率放电性能、脉冲放电寿命和电荷接受能力等方面的局限。
随着电动汽车（EV/HEV）和规模储能需求的快速增长，传统铅蓄电池在混合动力汽车高倍率部分荷电状态（HRPSoC）工况下的性能短板日益凸显。超级铅蓄电池技术为解决这一问题提供了创新思路，使其在交通运输、通讯基站、工业UPS及可再生能源储能等领域展现出广阔应用前景。
文章详细阐述了两类主要的超级铅蓄电池技术路线：
超级电池（Ultrabattery）：采用电容炭电极片与铅负极板”内并联”的结构设计，由日本古河公司2001年首次提出专利。其技术特点是将超级电容器电极作为独立极片与铅负极集成在同一电池壳体内，实现了双电层储能与法拉第储能的物理结合。澳大利亚Lam等人开发的42V车用超级电池在HRPSoC工况下循环寿命达到普通铅蓄电池的4倍。
铅炭电池（Lead-carbon battery）：将高比表面炭材料（如活性炭、碳纳米管等）直接掺入铅负极活性物质。相比超级电池，铅炭电池具有三大优势：(1)无需改变现有生产工艺；(2)活性炭与铅物质产生协同效应；(3)成本更低。研究表明，适量添加活性炭可使硫酸铅（PbSO4）沉积颗粒从5μm降至1μm，显著提高电极反应活性。
针对活性炭的作用机制，研究者提出了多项创新理论： - 保加利亚Pavlov院士团队发现活性炭可使铅沉积反应过电位降低300-400mV - 炭材料形成导电网络促进PbSO4溶解和铅沉积 - 炭孔隙中沉积的纳米铅颗粒受空间约束保持稳定 - 炭材料表面双电层在高功率充放电时提供缓冲
文章重点介绍了近年来铅炭电池研究的重大进展：
材料优化方面： - 炭材料最佳参数：比表面积约1500m²/g，粒径数十微米级 - 炭黑添加量0.2-0.5%，活性炭添加量0.5-2.0%为佳 - 过量炭材料(>2%)会导致极板软化、析氢副反应增加
性能提升方面： - 防化研究院与南都电源合作开发的超级铅蓄电池HRPSoC循环寿命从8000次提升至32000次 - 哈尔滨工业大学戴长松课题组将HRPSoC循环寿命从1000次提高到3500次 - 华南师范大学舒东课题组实现3C和5C倍率放电容量分别提高4.4%和18.6%
机理研究方面： - SEM分析证实铅优先沉积在炭材料表面形成纳米结构 - 炭材料可抑制PbSO4晶体长大，维持电极多孔结构 - 捷克Micka小组发现炭材料改变化成工艺特性，需调整充电制度
超级铅蓄电池已在多个领域实现示范应用： - 港口起重机能量回收系统 - 混合动力汽车辅助电源 - 通信基站备用电源 - 风光发电储能系统
然而该技术仍面临若干挑战： 1. 炭材料长期稳定性与副反应控制 2. 成本效益比的进一步优化 3. 标准化生产规范的建立 4. 对极端工况的适应性提升
本文系统梳理了超级铅蓄电池领域近十年的技术发展脉络，具有重要学术价值： 1. 首次全面比较了”超级电池”与”铅炭电池”两条技术路线的优劣 2. 深入分析了活性炭在铅蓄电池中的多机制协同作用 3. 总结了炭材料选择与优化的关键参数标准 4. 指出了未来研究方向：炭表面修饰、孔隙结构调控、界面工程等
作者特别强调，铅炭电池通过将传统铅酸电池的”百年技术”与新兴纳米炭材料相结合，实现了”老树开新花”的技术突破。随着对炭-铅相互作用机制的深入理解，超级铅蓄电池有望在保持成本优势的同时，性能接近锂离子电池水平，为大规模储能提供更经济可靠的解决方案。
未来研究应重点关注： - 炭材料表面官能团与电解液的相互作用 - 孔径分布对铅沉积形貌的影响规律 - 多尺度模拟辅助材料设计 - 产业化生产工艺优化
这篇综述不仅为学术界提供了清晰的技术发展路线图，也为产业界的研发方向选择提供了重要参考，标志着铅酸电池这一传统技术领域正在焕发新的活力。