一种新型铅炭电极的制备及性能研究

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随着能源和环境问题的日益加剧,新能源汽车的出现和发展逐渐成为各国应对危机的重要手段。作为新能源汽车的动力电源成为了人们竞相研究的焦点。作为动力电池要满足高倍率的充放电的工作条件,有较高的循环寿命。铅酸电池能量密度低而且在高倍率放电条件下,容易造成负极的不可逆硫酸盐化,导致电池容量下降,随后失效。因此,改善铅酸电池在高倍率充放电条件下的循环寿命,提高电池比容量成为铅酸电池当前的研究方向。铅炭电池的发明,显著提高了铅酸电池的电化学性能,但是由于碳的析氢电位过低,使得铅炭电池的平台电位降低。  本论文首先通过对镀液配方以及电镀条件的优化,得到最佳的镀液配方;然后对碳材料进行筛选,最终确定柔性石墨作为铅炭电池的碳源;并在柔性石墨纸上电沉积铅基体,然后采用电化学法以及超声震荡法进行插层膨胀得到具有高比表面积的多孔铅炭复合材料。利用SEM进行材料的形貌表征结果表明制备铅炭复合材料具有多孔结构;利用电化学工作站进行材料的电化学性能测试,结果表明制备的多孔铅炭复合材料具有较高的比电容和良好的导电性。  在制备的多孔铅炭复合材料表面进一步沉积聚苯胺,性能测试表明沉积聚苯胺的材料具有较高的比容量(i=0.3A/g时,比电容达730F/g)和循环稳定性,说明制备的多孔铅炭复合材料可以作为电容器的载体,并且兼具法拉第电容和赝电容两种电容的优势。  在制备的多孔铅炭复合材料表面电沉积一层活性铅制成铅炭负极,并组装成电池,电池在2C的倍率下进行HRPSoC循环测试,寿命在9000次以上,平台电压在2.0V以上,通过SEM测试的结果表明,循环8000次以后电极表面的硫酸铅没有形成粗大致密的晶体颗粒,电极的硫酸盐化得到了有效的抑制,高比表面积的碳材料可以作为“缓冲器”分担电池高倍率条件下的电流压力,延长电池使用寿命。由循环伏安测试表明,电极的析氢过电位明显负移(-0.8V负移到-1.4V),析氢得到了有效的抑制,而且电池的放电平台电压在2.0V以上,也进一步说明了析氢得到了抑制。
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