铅酸电池钛基正极板栅的研究

发布时间：2017-09-14 17:15

  本文关键词：铅酸电池钛基正极板栅的研究

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【摘要】：铅酸电池自发明以来已有100多年的历史,随着新的电池体系不断出现和科学技术的发展,人们对电池性能的要求越来越高。为了提升铅酸电池比能量,很多研究者致力于找出可以替代铅板栅的新型轻质板栅。首先,本文选择平板钛和多孔钛作为铅酸电池正极基体材料,采用恒流电沉积技术制备钛基二氧化铅电极(Ti/PbO2电极),通过循环伏安、恒流充放电测试评价两种基体的Ti/PbO2电极电化学性能。以多孔钛基体为研究对象,不同电流密度下制备3D-Ti/PbO2电极,研究电流密度对于电极性能(电极寿命)的影响。此外,本文研究了平板钛、多孔钛、钛网三种钛基体材料作为铅酸电池正极板栅的可行性,发现钛网的网孔结构可有效解决铅膏脱落问题,更适用于制备涂膏式电极,并以市售铅网作为对比。研究发现,Ti网/PAM(正极活性物质)电极具有较高的初始比容量,但是寿命很短。本文对于Ti网/PAM电极的失效机理进行了初步的探索、研究。主要研究成果如下:(1)3D-Ti/PbO2电极比容量明显高于2D-Ti/PbO2电极。(2)3D-Ti/PbO2电极的多孔结构可有效增大电化学表面积。更大的电化学表面积是3D-Ti/PbO2电极具有较高比容量的主要原因。三维多孔钛基体的多孔结构可有效加快传质速度、增强电极可逆性、使充放电过程中具有更高的电荷量。(3)不同电流密度下制备的电极比容量虽然大小相接近,但是电极寿命有较大差别。(4)沉积电流密度对电极表面形貌有很大影响。随着沉积电流密度的增加,PbO2晶体颗粒逐渐减小,在已有晶体上继续沉积的小颗粒晶体数量增加。(5)通过XRD、CV、EIS测试考察了Ti网/SnO2-Sb_2O_5基体化成后及循环失败后的相关电化学性质,证明电极充放电过程中,并没有产生不导电的TiO2。(6)利用SEM、EIS测试、滴定实验证实Ti网/PAM电极失效原因为活性物质软化,铅膏与基体失去电连接。固化过程中不能够产生“腐蚀”层是导致Ti网/PAM电极寿命短的致命因素。
【关键词】：铅酸电池 正极 钛基体 活性物质脱落 寿命
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM912.1
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-11
• 第一章 绪论11-31
• 1.1 前言11
• 1.2 铅酸蓄电池概述11-18
• 1.2.1 铅酸蓄电池发展历史11-14
• 1.2.2 阀控式铅酸电池简介14-16
• 1.2.3 铅酸蓄电池正极板失效机理16-18
• 1.3 铅酸电池板栅轻量化问题18-24
• 1.3.1 问题提出18-20
• 1.3.2 研究现状20-21
• 1.3.3 钛基板栅研究现状和面临的问题21-23
• 1.3.4 未来发展趋势23-24
• 1.4 本论文研究目的、内容及创新性24-26
• 1.4.1 研究目的及意义24-25
• 1.4.2 研究内容25
• 1.4.3 论文创新性25-26
• 参考文献26-31
• 第二章 分析检测方法31-35
• 2.1 物理表征技术31
• 2.2 化学测试方法31-33
• 2.3 电化学测试方法33-34
• 参考文献34-35
• 第三章 Ti/SnO_2-Sb_2O_5/PbO_2电极制备及其性能研究35-58
• 3.1 引言35-36
• 3.2 实验部分36-38
• 3.2.1 实验试剂与仪器36-37
• 3.2.2 电极制备37-38
• 3.2.3 物理表征38
• 3.2.4 电化学表征38
• 3.3 结果与讨论38-53
• 3.3.1 不同钛基体材料对Ti/PbO_2电极电化学性能的影响38-44
• 3.3.2 制备条件对 3D-Ti/PbO_2电极的电化学性能的影响44-53
• 3.4 本章小结53-55
• 参考文献55-58
• 第四章 Ti网/SnO_2-Sb_2O_5/PAM电极制备及电极失效机理研究58-74
• 4.1 引言58-59
• 4.2 实验部分59-64
• 4.2.1 实验试剂与仪器59-61
• 4.2.2 电极制备61-63
• 4.2.3 物理表征63
• 4.2.4 化学、电化学测试63-64
• 4.3 结果与讨论64-72
• 4.3.1 Ti网/PAM电极制备及其电化学性能测试64-65
• 4.3.2 Ti网/PAM电极失效机理研究65-72
• 4.4 本章小结72-73
• 参考文献73-74
• 第五章 结论与建议74-76
• 5.1 结论74-75
• 5.2 建议75-76
• 作者简介及科研成果76-77
• 作者简介76
• 科研成果76-77
• 致谢77

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本文编号：851274