超級鉛酸電池負極用炭材料的改性及電化學性能研究.pdf

1、由于能源危機及環(huán)境污染,新能源汽車在最近幾年引起了各國的重視及大力發(fā)展。作為新能源汽車的關鍵部件之一的動力電池影響著新能源汽車的發(fā)展。超級電池是一種新興的改進的鉛酸電池,它的負極采用鉛酸電池的鉛負極與超級電容器的炭電極并聯(lián)或復合,炭電極在汽車啟動時能提供電荷,在汽車剎車時能回收電荷,因此可以降低鉛電極的硫酸鹽化,延長電池的壽命。而炭電極的性能對超級電池的性能發(fā)揮起著至關重要的作用。本論文首先研究了炭電極在鉛酸電池工作環(huán)境下的電化學性能,

2、發(fā)現(xiàn)炭電極用于鉛酸電池工作環(huán)境中的問題,進而對炭電極進行改性,對電解液進行摻雜,最后對超級電池的一部分PbO2|AC混合電容器的電化學性能進行研究,同時將改性的炭電極及適合添加劑的電解液用于混合電容器,研究其電化學性能。論文主要結論如下:
　　 (1)活性炭在鉛酸電池工作環(huán)境中的電化學特性。活性炭在不同電壓區(qū)間及不同濃度硫酸中表現(xiàn)出不同的容量發(fā)揮及析氫行為。其在較正的工作區(qū)間(vs.SCE)能夠發(fā)揮較大的比容量,而在鉛酸電池負極

3、工作電壓范圍-0.9～-0.4V內(nèi)所發(fā)揮的比容量不高,且硫酸濃度對其比容量的影響也較大,活性炭在中等濃度的硫酸(3M)中比容量較高,在鉛酸電池工作用5M硫酸中比容量反而降低,且析氫量隨著硫酸濃度的增加而增大。因此,活性炭在鉛酸電池工作體系與中不能充分發(fā)揮其容量的優(yōu)勢,反而帶來了析氫的問題,對活性炭的抑制析氫研究是提高其壽命及成功用于超級電池的關鍵。通過對Pb電極及活性炭電極的并聯(lián)特性研究發(fā)現(xiàn)活性炭電極在并聯(lián)電極中發(fā)揮了雙電層的作用,說明

4、活性炭可以吸收和釋放電荷,證明活性炭電極能在超級電池中能起到緩沖作用。
　　 (2)活性炭電極及電解液的修飾研究。通過對活性炭進行Pb離子修飾,ZnO、CaSO4、CaO、Al2O3、Bi2O3在電極中摻雜及Bi2O3在電解液中摻雜,得到了Pb離子修飾、5％ZnO摻雜、10％Bi2O3摻雜及在電解液中添加50ppm Bi2O3都能對活性炭的容量及抑制析氫發(fā)揮作用的結論。其中,Pb離子摻雜起到作用的是PbSO4,由于出現(xiàn)了Pb與P

5、bSO4轉變的氧化峰,其對活性炭的容量發(fā)揮起到了主要的作用,同時由于PbSO4的高析氫過電位,較明顯的抑制了活性炭的析氫。ZnO摻雜效果最好的是添加量為5％,其析氫效果雖不及Pb離子摻雜,但對活性炭電極的容量也有提高。在電解液中添加Bi2O3與在電極中添加Bi2O3的作用是不相同的,在電解液中添加Bi2O3對抑制析氫起到了較明顯的作用,在電極中添加Bi2O3主要在比容量的提高上發(fā)揮作用。
　　 (3)超級電池部件PbO2|AC的

6、性能研究。PbO2|AC電容器的放電電壓較低,活性炭在鉛酸電池工作環(huán)境中的比容量發(fā)揮較小,1A/g放電電流密度下低于10mAh/g,其內(nèi)阻在循環(huán)過程中會增大,可能與正極活性物質的脫落有關。Pb離子摻雜、5％ZnO摻雜及10％Bi2O3摻雜電極組裝的電容器在1.7～2.4V內(nèi)活性炭的比容量均比未摻雜的電容器得到了提高。10000次循環(huán)壽命測試的結果表明,10％Bi2O3摻雜及Pb離子摻雜的效果都較好,摻雜劑使充電電壓降低,其中10％Bi2