铅碳负极的制备及其电化学性能的研究

发布时间：2017-07-08 08:04

本文关键词：铅碳负极的制备及其电化学性能的研究

【摘要】：铅碳电池是一种新兴的改进型铅酸电池,是将碳材料以不同的方式混合到铅酸电池负极中。相比常规铅酸电池,铅碳电池具有良好的高倍率部分荷电态(HRPSOC)循环性能,使其在储能、混合动力汽车等领域具有广阔的应用前景。但是,铅碳电池的产业化还有较多关键技术需突破,如碳在电池负极中的作用机理、由于碳的加入导致的析氢问题等。本文从产业化的角度,探讨了碳材料的种类、比例对负极材料结构和电化学性能的影响。同时,研究了混合碳及碳添加方式对铅碳复合材料结构和电池特性的影响,分析了碳的作用机理。首先,研究了4种碳材料(活性炭AC1、AC2,石墨G1、G2)分别占和膏铅粉质量的0.5%,1%,1.5%,2%比例单独加入到铅酸电池负极材料中对电池HRPSOC循环性能的影响,当AC1添加比例为0.5%时,电池的循环次数为4009次,与常规铅酸电池2097次相比,电池的HRPSOC循环性能明显得到提升;并且,随着AC1添加比例的提高,电池的循环寿命也有所提高,最高为8514次;在AC2的4种添加比例中,电池最高循环次数为4353次,对应的AC2添加比例为0.5%,并且随着添加比例的增加,电池循环寿命明显减少;G1改善电池HRPSOC循环性能的效果最佳,随着添加比例的增加,电池的循环次数稳步增加,最高为19742次;在G2的四种添加比例中,电池循环性能最好的是添加量为1%时,循环次数为5142次。因此,AC1和G1比较合适于作铅碳电池负极应用。通过对铅碳负极化成和失效后截面的电镜扫描分析,活性碳的加入主要是为铅离子的还原提供新的反应场所,石墨由于具有较好的导电性,在放电产物硫酸铅颗粒之间形成了导电网络,能在很大程度上抑制电池在HRPSOC下负极的硫酸盐化。其次,为了发挥AC1和G1两者的作用,控制碳的添加量占和膏铅粉质量的2%,将质量比为1:3、1:1和3:1的AC1和G1混合加入到铅酸电池负极中,制备含两种碳源的铅碳负极,并研究了两种碳源对电池HRPSOC循环性能的影响。结果表明,两种碳源的加入显著提高了电池的HRPSOC循环性能,当AC1:G1=1:3时,电池的循环性能较好,循环次数达到36432次,远远优于一般商业电池。同时,由于利用了活性碳为铅离子还原提供额外的反应场所和石墨的良好导电性,在硫酸铅颗粒之间形成了导电网络,两者的协同作用大大抑制了电池的硫酸盐化。最后,选取AC1作为碳源,通过电沉积的方法,在AC1上电沉积铅,制得铅碳复合材料(Pb/C),研究了这种复合材料的阴极极化情况,发现该材料比AC1具有较负的析氢电势,并将这种复合材料加入到铅酸电池负极中,研究了电池的HRPSOC循环性能。当添加量为1%时,循环次数为14526,在和AC1相同添加量的情况下,添加这种复合材料的电池循环性能要远优于添加AC1电池,共原因是这种材料能够让碳材料更加牢固地整合到负极中,从而延长了碳材料的作用时间。
【关键词】：铅碳电池 碳材料 高倍率部分荷电态 硫酸盐化 析氢
【学位授予单位】：湘潭大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TQ127.11;TM912
【目录】：