当加斯顿普兰特在160多年前发明铅酸电池时，他当时可能无法想象他的发明推动了数十亿美元产业的发展。目前，铅酸电池占全球储能市场的70%，规模约为800亿美元(约5000亿元人民币)，2018年总产能约为600千兆瓦时。

它已广泛应用于不间断电源、电网和汽车(燃料汽车、混合动力汽车和新能源汽车)等领域。未来，铅酸电池的性能目标主要包括通过更有效地利用活性材料来提高材料利用率，实现更快的充电速度，进一步延长循环寿命和里程寿命，降低整体循环成本。

在每个充电和放电循环中，电池活性材料的连续溶解和再沉积将导致正极和负极的形态和微观结构的连续变化。一般来说，这些结构变化会腐蚀纯铅/铅钙/铅锑合金制成的电极栅，影响电池的循环寿命和材料利用率。

由于这种形态演变对铅酸电池的运行是不可或缺的，在原子尺度上发现其控制机制有望在材料设计、表面电化学、高精度合成和能源材料的动态管理领域开辟令人振奋的新科学方向。由于保持整个电极表面积可以确保有效的充电和放电过程，因此有望对电池寿命产生直接影响。

考虑到铅酸电池的电化学和化学过程之间的复杂相互作用，这些过程发生在多个尺度上，粒子范围从10纳米到10米。在铅酸电池中，活性物质铅和二氧化铅通过传统工艺被封装成自结构多孔电极。在放电过程中，Pb2离子与电解液中的硫酸迅速反应，形成不溶的PbSO4晶体。

在加料过程中，硫酸铅被转化回铅和二氧化铅，由于硫酸铅的溶解性差，这是一个对热力学和动力学要求较高的过程。因此，电极孔中酸浓度梯度与硫酸铅溶解速率之间的复杂关系凸显了提高铅酸电池快速充电性能的困难。

多尺度下铅酸电池电化学和化学过程的复杂相互作用。在原子水平上探索电极过程将为提高铅酸电池的效率、寿命和容量提供一种有效的途径。

通过引入新的组件和电池设计以及替代的流动化学，铅酸电池面临的一些问题可以得到解决。目前，碳添加剂和载体主要用于电池的阴极，因此可以实现不同的互补电荷存储模式(超级电容器加法拉第铅充放电)。

此外，由于电极骨架的刚性、非反应性和导电性，可以延长电极材料的循环寿命。对于正极，仍然迫切需要找到一种能够承受高电位和恶劣酸性环境的材料。使用双极电极可以减少结构部件(电极网)的铅消耗，并立即提高材料利用率，但同时，腐蚀和成本效益制造挑战仍然是一个限制因素。此外，电池管理系统是每一个LIBs的关键组成部分，其实施可以提高铅酸电池的运行效率和循环寿命。

铅酸电池最有希望的未来可能是电网存储，其未来市场估计在几万亿美元左右。在降低生产和材料成本并解决技术障碍后，铅酸电池有望成为电网储能的一个有吸引力的解决方案。目前，铅酸的电池具有基本的经济潜力，可以提供20美元/千瓦时的储能。

虽然基于能量密度指数，铅酸电池和锂电池之间存在竞争，但锂离子电池通常用于考虑尺寸的便携式应用，而铅酸电池更适合于考虑成本的储能应用。事实上，锂电池将镍氢和镍镉电池市场分割得更多。

总的来说，铅酸电池的关注主要集中在对人体健康的危害和环境污染上。事实上，经过多年的发展和严格的法律法规，铅酸电池的回收率已经达到99%。相反，锂电池仍然存在许多人类安全和健康问题，包括：1)阴极材料中镍和钴www.clwgwlx.com氧化物成分的潜在致癌性；Ii)热失控事件(电池着火和爆炸)和产生的高毒性有机氟磷酸神经毒素；Iii)电解质和添加剂中有毒有机氟副产物造成的潜在环境污染。

像任何技术一样，许多相关风险可以通过适当的材料管理、严格的生产规范和可靠的废物管理来限制。铅酸99%的电池回收率和严格的铅排放环保法规大大减少了铅对环境的污染。然而，由于短期内锂电池技术缺乏回收方案，达到使用寿命的电池数量增加，锂电池对环境的潜在危害加剧。

虽然在过去的30年里，基于实验和理论的发展，铅酸电池取得了很大的进步和应用，但研究人员仍需继续努力，为铅酸电池在技术上的发展而努力，以保证铅酸电池在经济、技术和环境上的强大优势，它在未来的储能技术中仍将占据一席之地。