铅酸电池负极的改性研究及新型无酸铅—钠混合电池的构建

发布时间：2017-10-09 01:06

  本文关键词：铅酸电池负极的改性研究及新型无酸铅—钠混合电池的构建

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【摘要】：铅酸电池凭借其低成本、高安全性以及高的回收利用率,一直广泛应用于军事、通讯、工业与民用移动设备和车辆中,且目前仍占据着全世界最大的电池市场份额。但是铅酸电池存在的一些问题,使其发展面临着严峻的挑战:(1)比能量较低,无法满足混合电动汽车和大规模电力储能的需要;(2)由于负极硫酸盐化,使铅酸电池的循环性能受到比较大的影响;(3)由于生产过程中重金属铅和硫酸的使用,会对环境和人体健康造成一定危害。基于此现状,本文利用一些添加剂和碳材料协同作用,对铅酸电池负极进行改性研究,并且提出了一种性能优异的新型无酸铅-钠混合电池体系。主要研究内容包括:(1)两种不同性质添加剂(改性短纤和多孔空心玻璃微珠)对负极活性物质利用率的影响,其中改性短纤主要是提升极板中活性物质导电性,改善极板整体的导电网络;而多孔空心玻璃微珠主要是提升极板孔隙率,加强电解液在极板中的传输效率,从而提升活性物质的利用率。(2)考察碳材料及改性碳材料对铅酸电池性能的影响。通过对碳材料进行一系列的改性,降低碳材料的析氢速率,改善碳材料与铅活性物质之间表面性能的差异,提升电池的电化学性能。首先利用铋元素对商业活性炭材料进行掺杂改性,以有效降低活性炭材料的析氢速率。但碳材料的添加不仅仅会带来析氢加剧的问题,因此利用原位法将纳米级氧化铅负载在碳材料的表面,由于铅本身是一种高析氢过电位的金属,这使得制备得到的碳材料经氧化铅改性后析氢过电位明显提高,达到与铅负极电位匹配的目的;碳材料上的氧化铅还能增加碳材料对负极活性物质的亲和性,使二者在和膏时能够充分的混合均匀,解决了传统工艺和膏时由于碳材料和铅粉之间表面性能的巨大差异带来的混合不均的问题。(3)在现有的技术工艺基础上,以铅/活性炭复合材料(Pb/AC)为负极,六氰合铁酸铜镍(CuNiHCF)为正极,中性硫酸钠(Na2SO4)溶液为电解液,构建一种新型无酸铅-钠混合电池体系。这种电池体系具备以下几个特点:(1)拥有明确的储能机制;(2)优异的循环稳定性和倍率性能;(3)较高的能量密度;(4)减小了对环境的危害,且成本较低。
【关键词】：铅酸电池 比能量 负极添加剂 碳材料 循环性能 无酸铅-钠混合电池体系
【学位授予单位】：南京航空航天大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM912;O613.71;TB333
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-12
• 第一章 绪论12-25
• 1.1 引言12
• 1.2 铅酸电池的简介12-13
• 1.3 铅酸电池的结构和工作原理13-14
• 1.4 铅酸电池的优缺点14-15
• 1.5 铅酸电池新技术研究进展15-24
• 1.5.1 铅酸电池比能量的提升15-17
• 1.5.2 铅酸电池循环性能的改进17-22
• 1.5.3 铅酸电池新体系的研究22-24
• 1.6 本课题研究的意义及主要内容24-25
• 第二章 负极添加剂对铅酸电池性能的影响25-42
• 2.1 引言25
• 2.2 改性短纤对铅酸电池性能的影响25-33
• 2.2.1 实验部分26-27
• 2.2.1.1 试剂与仪器26-27
• 2.2.1.2 改性短纤的制备27
• 2.2.1.3 材料的表征27
• 2.2.1.4 电化学测试27
• 2.2.2 结果与讨论27-32
• 2.2.3 小结32-33
• 2.3 多孔空心玻璃微珠对铅酸电池性能的影响33-42
• 2.3.1 实验部分33-35
• 2.3.1.1 试剂与仪器33-35
• 2.3.1.2 PHGMs和C-PHGMs的制备35
• 2.3.1.3 材料的表征35
• 2.3.1.4 电化学测试35
• 2.3.2 结果与讨论35-40
• 2.3.3 小结40-42
• 第三章 碳材料及改性碳材料对铅酸电池性能的影响42-54
• 3.1 引言42
• 3.2 活性炭和铋改性活性炭对铅酸电池性能的影响42-48
• 3.2.1 实验部分42-44
• 3.2.1.1 试剂与仪器42-43
• 3.2.1.2 铋改性活性炭材料的制备43-44
• 3.2.1.3 材料的表征44
• 3.2.1.4 电化学测试44
• 3.2.2 结果与讨论44-47
• 3.2.3 小结47-48
• 3.3 PbO@C复合材料对铅酸电池性能的影响48-54
• 3.3.1 实验部分48-50
• 3.3.1.1 试剂与仪器48-49
• 3.3.1.2 PbO@C复合材料的制备49
• 3.3.1.3 材料的表征49
• 3.3.1.4 电化学测试49-50
• 3.3.2 结果与讨论50-53
• 3.3.3 小结53-54
• 第四章 新型无酸铅-钠混合电池体系的构建及其储荷机理54-61
• 4.1 引言54
• 4.2 实验部分54-56
• 4.2.1 试剂与仪器54-55
• 4.2.2 Pb/AC和CuNiHCF材料的制备55
• 4.2.3 材料的表征55
• 4.2.4 电化学测试55-56
• 4.3 结果与讨论56-60
• 4.4 小结60-61
• 第五章 总结与展望61-63
• 5.1 总结61-62
• 5.2 展望62-63
• 参考文献63-70
• 致谢70-71
• 在学期间的研究成果及发表的学术论文71

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前8条

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本文编号：997272