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铅炭电池性能受活性炭结构的影响吗?

作者:宁夏永瑞达炭素有限公司 日期:2020年9月2日

  铅炭电池性能受活性炭结构的影响吗?

  随着储能与新能源汽车的快速发展,对储能电池的性能需求越来越高,传统的铅酸蓄电池已经很难满足市场要求,铅炭电池作为铅酸蓄电池的升级产品,除了继承传统铅酸蓄电池的廉价、安全、工艺成熟及可循环回收等优点外,还具有更好的大电流性能、低温性能及部分荷电态工况下的超长循环寿命,成为储能与汽车起停电池的开发热点。铅炭电池是将具有电化学的活性炭材料与海绵状铅负极活性物质进行复合,然后与二氧化铅正极组成电对,正负极用隔板隔离组装而成的一种新型化学电源(结构示意图见图1)。多孔活性炭因具有良好的双电层电容特性及与铅具有很好的兼容性而成为铅炭电池用炭材料的研究热点。

铅炭电池结构示意图

  将活性炭添加到铅负极中,电极充电化成后Pb2+还原为Pb时可以在活性炭表面的一些活性位点结晶生长出铅枝晶,这些枝晶与海绵状铅连接成整体骨架(见图2)。这种Pb2+可以在铅与活性炭表面同时充电还原结晶的过程称之为“平行机理”(见图3)。这一机理过程的发生带来3个有利方面:

活性炭与铅骨架连接及表面铅枝晶SEM形貌 Pb2+在铅和活性炭表面还原的平行反应机理示意图

  第一,电极充电时将一部分电流分散到活性炭表面,降低铅充电电流密度,有利于PbSO4的还原;

  第二,活性炭表面的铅枝晶与负极铅形成了整体骨架,可以增强活性炭与铅之间的导电能力,更好地释放活性炭的双电层电容,提升极板的大电流充放电性能;

  第三,活性炭参与到铅骨架形成过程后,调整和改变了海绵铅的整体结构,形成了更有利于Pb2+、H+、HSO4-迁移的多孔结构。

活性炭

  为了证明活性炭结构特性对铅炭电池性能的影响,有不少专业人士进行了相关试验,经过多方的试验我们得知:

  1.相对于高比表面积的活性炭来说,采用低比表面积活性炭时,电池的循环性能较好,失水量也较低;

  2.活性炭中的介孔区为改善电池循环性能的主要活性场所,同时介孔区也是分解水的主要场所;

  3.活性炭的微孔比表面积低,电池循环性能好,失水量低,而微孔比表面积高的电池失水严重,循环性能差;

  4.对于低比表面积的活性炭而言,粒径尺寸分布与电池的循环性能、失水量没有对应的函数关系,而对于高比表面积的活性炭而言,则有较佳区间。

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