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境下的電化學性能,

2、發現炭電極用于鉛酸電池工作環境中的問題,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境中的電化學特性?；钚蕴吭诓煌妷簠^間及不同濃度硫酸中表現出不同的容量發揮及析氫行為。其在較正的工作區間(vs.SCE)能夠發揮較大的比容量,而在鉛酸電池負極

3、工作電壓范圍-0.9～-0.4V內所發揮的比容量不高,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揮其容量的優勢,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特性研究發現活性炭電極在并聯電極中發揮了雙電層的作用,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揮作用的結論。其中,Pb離子摻雜起到作用的是PbSO4,由于出現了Pb與P

5、bSO4轉變的氧化峰,其對活性炭的容量發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境中的比容量發揮較小,1A/g放電電流密度下低于10mAh/g,其內阻在循環過程中會增大,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