抑制鉛炭電池負極析氫及其機理的研究.pdf

1、鉛酸電池作為一種傳統(tǒng)的儲能方式，具有技術(shù)成熟、儲能成本低等優(yōu)點，然而其有限的循環(huán)壽命限制了其進一步發(fā)展。將高含量炭材料加入到鉛酸電池的負極中，結(jié)果表明電池在高倍率部分荷電狀態(tài)（HRPSoC）下的循環(huán)壽命得到極大的提升。但是在傳統(tǒng)鉛酸電池的負極板中加入高含量的炭材料引入了新的問題，由于炭材料的析氫過電位較低，導致在電池充電階段析氫反應劇烈，從而進一步引起電池內(nèi)壓升高、電池失水直至電池完全失效，因此炭材料的加入所引入的問題必須解決?，F(xiàn)階段針

2、對鉛炭電池析氫嚴重的問題，主要的解決途徑有如下兩個方面：一方面是針對炭材料本身的物理和化學性質(zhì)對炭材料進行物理、化學改性，達到抑制析氫反應發(fā)生的目的，例如對炭材料的比表面積及孔徑分布進行適當調(diào)控、對炭材料進行表面處理或雜原子摻雜處理；另一方面是在炭材料中加入適量具有高析氫過電位的析氫抑制劑，以此提高炭材料的析氫過電位，抑制析氫反應的發(fā)生，例如氧化鉍（Bi2O3）、氧化鎵（Ga2O3）等。主要內(nèi)容如下：
　　1.利用ZnCl2-CO

3、2同步物理化學活化法制備了不同比表面積與孔徑分布的七種活性炭材料，并利用電化學方法研究了活性炭材料的比表面積與析氫速率之間的關(guān)系及其可能存在的機理。結(jié)果表明，析氫反應更易于在介孔上發(fā)生，因此，為了既保證加入的炭材料起到超電容的作用，又不易于發(fā)生析氫反應，微孔與介孔的比例應適當控制。這可能是由于在析氫反應的過程中，產(chǎn)生的氫氣在微孔中不易脫出，從而抑制了析氫反應進一步發(fā)生。
　　2.用摻雜的方法分別制備了P摻雜活性炭、B摻雜活性炭、N

4、摻雜活性炭及F摻雜活性炭，并利用XPS、Raman對材料進行表征，利用電化學的方法對材料的析氫性能進行了研究，探究析氫機理。研究結(jié)果表明：摻雜P能夠阻礙炭材料表面析氫反應的動力學過程，從而能夠阻礙氫氣的析出，是一種有效抑制炭材料析氫的方法，且理論計算結(jié)果進一步驗證了這一結(jié)論。此外，摻雜P含量越高，析氫抑制劑效果更加明顯。摻雜B對于活性炭的析氫性能沒有明顯的影響，甚至使其析氫能力略微加劇，不適合將其作為抑制炭材料析氫的方法。而摻雜F和N能

5、夠有效抑制活性炭材料的析氫性能，更加適合成為抑制炭材料析氫反應的新方法。
　　3.以Bi2O3和Ga2O3為析氫抑制劑加入到活性炭材料中，探究了不同質(zhì)量比的Bi2O3和Ga2O3作為析氫抑制劑時的抑制析氫效果。研究結(jié)果表明：當活性炭中混入一定量的析氫抑制劑后，活性炭材料的析氫反應得到明顯的抑制，且加入析氫抑制劑的活性炭作為炭材料添加劑加入到鉛酸電池負極后，其在HRPSoC下的循環(huán)壽命比加入原始活性炭的鉛酸電池有了明顯的提高。此外，