高倍率储能Pb-C超级电池负极的研究

论文摘要

Pb-C超级电池是将铅酸电池的铅负极与碳材料复合到一起的一种新型储能装置,它不仅具有铅酸电池性质而且具有碳的电容性质,因此可以提高电池的倍率性能和循环寿命。本文对Pb-C超级电池中的内并式负极和内混负极进行了研究并对碳材料进行了改性。通过扫描电子显微镜（SEM）、X射线衍射（XRD）分析了碳材料的结构和形貌;循环伏安（CV）和Tafel极化曲线对碳材料的析氢行为进行了分析并测试了极板的充放电性质和循环性能。首先,研究了PbO2/C不对称电容器,对碳负极板中的导电剂、胶黏剂、抑制析氢添加剂以及板栅厚度进行了探讨。结果表明,加入导电剂比例为活性炭:导电剂（乙炔黑和石墨乳质量比为1:1的混合导电剂）=4:1,5mass%PTFE和0.25mass%CMC胶黏剂,0.6mass%氧化铟或氧化镓抑制析氢添加剂,以及利用相对比较薄的板栅时碳负极的性能更好。实验发现,碳负极板与铅酸电池的负极内并式Pb-C超级电池倍率性能得到很好的提高,在放电终止电压为1.90V、放电电流为1C和2C倍率下,负极活性物质的比容量分别25mAh/g以及8mAh/g,这些与普通铅酸电池相比都有了很大的提高。其次,利用碳材料表面吸附沉降硫酸铅的方法分别对乙炔黑、活性炭和炭黑三种碳材料进行了改性。实验中对吸附沉降的条件进行了研究,结果发现,随着沉降的次数的增加,三种碳材料表面硫酸铅的负载率有所增加。在这三种碳材料中,经过三次吸附沉降硫酸铅后乙炔黑、活性炭和炭黑的负载率分别为94.26%、85.45%和62%,说明乙炔黑的负载率最高。从扫描电镜照片中看出,改性后乙炔黑表面的硫酸铅分布十分均匀,并且在X射线衍射图中清楚地看到硫酸铅晶体的衍射峰。最后,将改性后的乙炔黑和活性炭掺入到铅负极活性物质中。结果发现,加入改性后的碳材料的铅负极板的充放电性能和循环性能都得到很好的改善,而且倍率性能也得到很好的提高。其中,加入三次改性乙炔黑的铅负极的1C比容量为45mAh/g,而加入三次改性活性炭铅负极比容量为20mAh/g,因此可以说明加入三次改性乙炔黑的铅负极板的性能相对更好。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景及研究的目的和意义
• 1.2 铅酸电池简介
• 1.2.1 铅酸电池的发展状况
• 1.2.2 铅酸电池的结构及工作原理
• 1.2.3 铅酸电池的正极
• 1.2.4 铅酸电池的负极
• 1.3 Pb-C超级电池的研究进展
• 1.3.1 Pb-C超级电池的产生及其工作原理
• 1.3.2 Pb-C超级电池的负极研究现状
• 1.4 课题的主要内容
• 第2章 实验研究方法
• 2.1 实验原料
• 2.2 实验仪器
• 2.3 物理性能表征
• 2.3.1 扫描电子显微镜观察
• 2.3.2 X射线衍射分析
• 2.4 电化学分析
• 2.4.1 充放电循环测试
• 2.4.2 循环伏安测试
• 2.4.3 Tafel极化曲线测试
• 2.5 负极的材料制备及组装
• 2.5.1 碳负极的材料制备及组装
• 2.5.2 Pb-C超级电池碳材料的改性
• 2.5.3 Pb-C超级电池混合负极的材料制备及组装
• 第3章 Pb-C超级电池碳负极的研究
• 3.1 引言
• 3.2 碳负极组成的研究
• 3.2.1 碳负极板中导电剂的影响
• 3.2.2 碳负极板中抑制析氢添加剂的影响
• 3.2.3 黏结剂和板栅厚度对碳负极板的影响
• 3.3 内并式Pb-C超级电池的研究
• 3.4 本章小结
• 第4章 Pb-C超级电池混合负极碳材料的研究
• 4.1 引言
• 4.2 碳材料的改性
• 4.2.1 吸附沉降次数对碳材料改性的影响
• 4.2.2 醋酸铅溶液pH值对活性炭改性的影响
• 4.3 改性碳材料混合负极对Pb-C超级电池性能的影响
• 4.3.1 乙炔黑混合负极的研究
• 4.3.2 活性炭AAC混合负极的研究
• 4.3.3 加入碱性醋酸铅溶液中吸附沉降硫酸铅的活性炭AAC的影响
• 4.3.4 乙炔黑和活性炭的比较
• 4.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢