铅酸电池负极添加剂的研究进展

近年来,环境污染与化石能源日益匮乏,使得储能设备不断发展更新。电池作为新型储能设备在能源供给方面占有一定的优势。目前二次电池市场中使用最广泛的主要还是锂离子电池及铅酸电池。锂电池具有能量密度高、体积小等优点,有超越铅酸电池的趋势,但因低温容量衰减严重、高温易爆炸等缺点导致其使用受到一定的限制。而铅酸电池具有使用温度范围较宽、安全可靠以及售价低廉等优势,在工业使用方面更具有普遍性。铅酸电池在使用过程中也存在失效问题。目前铅酸电池失效模式主要起源于正负极早期容量损失、板栅腐蚀以及负极硫酸盐化等。作为混合动力汽车常用的动力来源,铅酸电池需在高倍率放电部分荷电状态(HRPSoC)下运行,此时,决定电池寿命的主要因素是负极是否失效。负极失效使得电池性能急剧下降、寿命缩短,而铅酸电池负极添加剂能够在不同程度上解决负极失效问题。本文对铅酸电池常用的负极添加剂的研究发展概况和存在的问题进行了阐述,并对其进行了展望。铅酸电池负极添加剂主要包括碳材料、导电聚合物、无机或金属氧化物等,可以提高电池负极活性物质(NAM)的利用率,改善大电流放电、低温充放电、快速充电等性能。同时碳、聚苯胺、无机或金属氧化物等材料的加入能够分担铅酸电池负极的部分充电电流,减缓大电流对负极的冲击、抑制负极铅硫酸盐化、提高电池高倍率放电部分荷电状态循环寿命、降低负极放电深度、升高电池析氢电位、降低电池失水。     

超级电容电池用炭类负极材料的研究进展

超级电容电池是具有高能量密度和高功率密度的新型储能器件,对其负极材料的研究主要集中在炭材料上.分析了超级电容电池用炭类负极的工作原理,综述了可用作超级电容电池负极的活性炭/石墨复合材料和三维炭材料的制备方法与电化学性能,分析了现行超级电容电池用炭类材料研究中的不足,指出超级电容电池用炭类负极材料的研究重点应集中在对其储能机理进行深层次研究.采用量子化学计算方法研究炭材料结构与性能的关系也是未来研究的一个重点.     

聚吡咯包覆导电炭黑/氧化铟复合材料的制备及其在铅酸电池中的应用

为了改善铅酸电池负极不可逆硫酸盐化及析氢问题,通过原位化学聚合的方法制备导电炭黑/氧化铟表面包覆聚吡咯[PPy@(C/In₂O₃)]复合材料,采用SEM、FTIR、BET和XRD等表征手段分别对复合材料的微观形貌和结构进行分析;通过循环伏安法(CV)和线性扫描法(LSV)测试了复合材料的电化学性能。最后,将PPy@(C/In₂O₃)复合材料添加到铅酸电池负极活性材料中,探究PPy@(C/In₂O₃)对铅酸电池高倍率部分荷电状态(HRPSoC)循环寿命及放电容量的影响。结果表明：PPy@(C/In₂O₃)保留了导电炭黑的基本结构特征,具有较大比表面积;同时具有较高析氢过电位及较大比容量。当将PPy@(C/In₂O₃)复合材料添加到铅酸电池负极活性材料中,不仅可以降低负极板内阻抑制电池的负极硫酸盐化问题,而且可以减弱电池负极析氢问题,在提高铅酸电池放电容量同时,显著提高了铅...     

Ag/活性炭的制备及其在硫酸电解液中的电化学行为

通过对活性炭(BC)依次进行盐酸活化、Ag(Ⅰ)吸附、水热还原等处理,制备了Ag/BC复合材料。采用XRD、SEM及EDS等测试手段对其进行了物相及表面形貌表征。结果表明,Ag颗粒不连续地分布在BC表面。在铅酸电池负极铅膏中添加1%(wt,质量分数)的Ag/BC制备成相应铅炭超级电池,其充、放电能力比普通铅酸蓄电池得到明显改善;在电池放电至100%荷电状态(SOC)时进行高倍率循环实验,相比于普通铅酸蓄电池,其循环性能改善不明显。     

g-C3N4/Pb复合材料制备及其在铅炭电池负极材料中的应用

为改善铅炭电池的析氢缺陷,提高电池循环使用寿命,以尿素为前驱体制备层状石墨相氮化碳(g-C₃N₄),并将其作为添加剂制备铅炭电池负极板,以活性炭(AC)为对照,研究了g-C₃N₄结构和添加量对铅炭电池电化学性能的影响。结果表明：g-C₃N₄的加入使析氢反应(HER)得到明显抑制,-1.5 V下1wt%gC₃N₄负极板的析氢电流仅为AC负极板的5%。交流阻抗谱图显示1wt%g-C3N4和AC负极材料阻抗(Rs)为0.19868Ω和1.749Ω。更重要的是1wt%g-C₃N₄负极板比电容比1wt%AC负极板高344%。在5 000 h高倍率部分荷电态(HRPSoC)下的电池循环寿命测试中,加入g-C₃N₄后电池寿命比加入AC提升62%。500次循环后,电池容量保持率仍有70%。g-C₃N₄     

纳米Pb（PbO）/活性炭的制备及其在H2SO4电解液中的电化学行为

通过对活性炭依次进行Pb(Ⅱ)吸附、PbO沉积、还原分解等处理,制备了nano-Pb(PbO)/活性炭复合材料。采用XRD、EDS、SEM等手段对其进行了物相及微观结构表征,结果发现,纳米级Pb、PbO颗粒均匀地分布在活性炭表面。将该复合材料制备成电极,置于H2SO4溶液中进行电化学性能测试分析,结果表明,nano-Pb(PbO)/活性炭具有较高的析氢过电位、良好的导电性,并能提供一定的氧化还原电流,且非法拉第比容量损失较小。在铅酸电池负极铅膏中添加5wt%的nano-Pb(PbO)/活性炭制备成相应铅炭超级电池,在电池放电至60%荷电状态(SOC)时进行高倍率循环实验,结果发现,其循环寿命相比于普通铅酸蓄电池提高了4~5倍。     

活性炭对铅酸电池负极活性物质结构与性能的影响

本工作研究了在铅酸电池负极活性物质中添加高比表面积活性炭对其微观结构与性能的影响。模拟电池实验结果发现,添加0. 5%的SPC04型活性炭可以使负极1C、5C、10C的放电容量分别提高18. 36%、42. 68%、44. 01%,2C 60 s的放电循环寿命提高1倍。6-FM-9F型实际电池测试结果表明,不仅在部分荷电态高倍率(HRPSo C)充放电条件下电池的循环寿命得到了显著提高,而且在完全充放电下电池的循环寿命也得到了显著提高。负极活性物质的微观结构测试结果表明,活性炭材料的加入可以明显改变其颗粒形貌和孔隙结构,活性炭可以使负极活性物质颗粒及孔隙分布较为均匀,粒径大小适中,增加了活性物质颗粒间有效孔径范围(0. 4～3μm)的占比。     

炭负极材料储钠机理的研究进展

随着新能源产业的快速发展，储能市场正在逐步崛起，钠离子电池(SIB)作为一种新兴的低成本储能体系受到了广泛的关注。低成本和稳定的电化学特性是炭材料成为推动钠离子电池产业化的关键负极材料。综述了各类炭材料的结构特征和储钠特性及它们的改性措施，并对炭材料的储钠机理进行了讨论和总结，展望了炭基储钠负极材料的未来发展。     

硫掺杂炭材料在钠离子电池负极中的研究进展

钠离子电池因资源丰富及成本低等优势，在大规模储能领域备受关注。炭材料作为钠离子电池实用化进程中的关键负极材料，具有高容量、低嵌钠平台、易调控且稳定性好等特点，引起了研究者的广泛关注。掺杂原子可改善炭材料的微观与电子结构，是提升储钠性能的有效途径。常见的杂原子包括N、S、O、P、B等，其中硫原子因其较大的半径能显著扩大层间距、增加缺陷与活性位点，被广泛用于炭负极材料的掺杂改性。本文综述了近年来硫掺杂炭材料的设计制备及在钠离子电池负极中的研究进展，分析了硫掺杂对碳结构的调控机理与改善电池性能的作用机制，最后针对目前面临的挑战和可能的解决方案进行了总结和展望，以期推动硫掺杂炭负极材料在钠离子电池中的实用化进程。     

锂离子电池炭负极材料结构及嵌锂机理研究进展

炭材料取代金属锂作为负极后,锂离子电池在商业应用上取得了成功,并以其高能量密度在各种电子设备上广泛使用.锂离子电池的性能很大程度上取决于炭负极材料的微观结构,不同种类的炭材料其电化学性能有很大差别.对近几年所研究的可逆储锂炭材料进行了综述,着重总结了炭负极材料的种类、结构及其嵌锂机理,并展望了锂离子电池炭负极材料的研究进展.     

铅酸电池添加多壁碳纳米管的作用

将经过化学处理的多壁碳纳米管添加到铅酸电池的阳极材料中,将其制作成电极并测试了不同充放电流条件下的循环特性,研究了碳纳米管对容量、循环寿命和活性的影响.X射线衍射分析证实在阳极板中形成了PbO2,在阳极板中添加多壁碳纳米管能够提高活性物质的利用率,还能有效抑制效率的降低.     

导电剂对锂离子电池性能的影响

综述了锂离子电池电极中添加不同的导电剂对电池性能的影响。用碳黑作为导电剂能明显改善电池的性能；采用具有特殊形状的碳丝则有更好的效果；采用电导率高的金属作为导电剂，可以使电池在大电流充放电时保持高容量和高循环效率；导电剂的含量对电池的性能也有明显的影响，过多则活性剂成分少，容量低；太少则导电性差，电池容易产生极化；导电剂的粒度和分散程度对电池的性能也有重要影响。此外，混料前对导电剂进行一些表面处理也能明显改善电池的循环性能。     

3Ah高镍/硅氧碳软包电池循环容量衰减分析EI北大核心CSCD

随着电动汽车的发展,对电池能量密度提出了更高的要求,具有高能量密度的高镍/硅氧碳软包电池成为长续航电动汽车的首选,但是高镍/硅氧碳电池在实际使用中存在容量快速衰减的问题。采用无损电化学分析和事后拆解分析对循环过程中电池容量和内阻的变化进行检测,通过对比电池循环前后正负极结构、材料形貌和表面成分的变化,揭示高镍/硅氧碳电池循环失效机制。结果表明:电池容量衰减呈现平稳期、快速衰减期和急速衰减期3个阶段。循环后电池极化更加严重,电池极化内阻、负极表面膜阻抗和电荷转移阻抗明显增加。通过微分曲线分析结合拆解分析发现,高镍正极材料衰减较少,硅氧碳负极材料衰减和活性锂离子损失较多。硅氧颗粒膨胀开裂,负极活性物质损失,负极表面膜连续生长消耗过多的活性锂为电池容量快速衰减的主要原因。     

PEG-assisted electrochemical growth of lead oxide nanodendrites with strongly enhanced charge storage capacity

The shape-controlled synthesis of lead oxide nanodendrites (NDs) via electrochemical methods has been investigated in aqueous solution of PbNO₃ with the assistance of polyethylene glycole (PEG) as a soft template and its electrochemical performance on the lead acid battery electrodes was characterized by electrochemical impedance spectroscopy (EIS) technique. The morphology of the nanostructures mainly depends on the adjustable driving force of electrodeposition, such as the potential, the concentration of lead precursor (Pb²⁺), and the presence of inert electrolyte ions, while being modulated by PEG that contributes mainly to the finer structure in the shape-controlled synthesis. This unique structure provides an effective method for increasing the efficiency and capacity of the active material in lead-acid batteries.     

Effect of valve regulated lead/acid battery positive paste carbon fibre additive

The majority of lead acid battery failures can be attributed to degradation of the positive active material. In this paper the results from a study to investigate the effects of adding carbon fibre additive to red lead positive paste are presented. The test batteries manufactured were evaluated using capacity and cycle life tests prior to destructive examination and analysis using scanning electron microscopy and X-ray diffraction. Results suggest the addition of carbon fibre to positive paste increases capacity by approximately 20%. Significant improvements in cycle life were also observed.     

纳米炭/石墨碳混合材料的电化学性质研究

天然石墨(NG)分别掺入碳纳米管(CNT)和纳米炭粉(CNP),得到两种纳米炭与石墨碳的混合材料.通过比较NG、CWI、CNP及其混合材料分别作为锂离子电池负极时的电化学性能,发现碳纳米管的首次不可逆容量损失很大,它的混合材料也不适合作锂离子电池的负极材料;纳米炭粉与石墨有很好的协同效应,该混合材料具有良好的电化学性能,相同条件下与天然石墨相比,其充放电比容量分别提高9.8％和9.4％.     

Recent Progress in Electrically Rechargeable Zinc–Air Batteries

Over the past decade, the surging interest for higher‐energy‐density, cheaper, and safer battery technology has spurred tremendous research efforts in the development of improved rechargeable zinc–air batteries. Current zinc–air batteries suffer from poor energy efficiency and cycle life, owing mainly to the poor rechargeability of zinc and air electrodes. To achieve high utilization and cyclability in the zinc anode, construction of conductive porous framework through elegant optimization strategies and adaptation of alternate active material are employed. Equally, there is a need to design new and improved bifunctional oxygen catalysts with high activity and stability to increase battery energy efficiency and lifetime. Efforts to engineer catalyst materials to increase the reactivity and/or number of bifunctional active sites are effective for improving air electrode performance. Here, recent key advances in material development for rechargeable zinc–air batteries are described. By improving fundamental understanding of materials properties relevant to the rechargeable zinc and air electrodes, zinc–air batteries will be able to make a significant impact on the future energy storage for electric vehicle application. To conclude, a brief discussion on noteworthy concepts of advanced electrode and electrolyte systems that are beyond the current state‐of‐the‐art zinc–air battery chemistry, is presented.     

Compact energy storage enabled by graphenes: Challenges,strategies and progress

Storing as much energy as possible in as compact a space as possible is an ever-increasing concern to deal with the emerging “space anxiety” in electrochemical energy storage (EES) devices like batteries, which is known as “compact energy storage”. Carbons built from graphene units can be used as active electrodes or inactive key materials acting as porous micro- or even nano-reactors that facilitate battery reactions and play a vital role in optimizing the volumetric performance of the electrode and the battery. In this review, we discuss and clarify the key issues and specific strategies for compact energy storage, especially in batteries. The use of shrinkable carbon networks to produce small yet sufficient reaction space together with smooth charge delivery is highlighted as the simplest structure–function-performance relationship when used in supercapacitors and is then extended to overcome problems in compact rechargeable lithium/sodium/potassium batteries. Special concerns about cycling stability, fast charging and safety in compact batteries are discussed in detail. Strategies for compact energy storage ranging from materials to electrodes to batteries are reviewed here to provide guidance for how to produce a compact high energy battery by densifying the electrodes using customized carbon structures.     

镍氢( Ni /MH)电池 10C放电循环寿命衰减机理研究

对Ni／MH电池在1C充放电和1C充电10C放电条件下的循环寿命进行了考察,结果表明10C放电条件下电池循环寿命只有76次。对10C放电循环前后电池内阻、正负极电位、负极性能变化和贮氢合金腐蚀行为进行了研究。结果表明由于10C放电条件下电池的温度较高,导致合金腐蚀速度增加。而合金的腐蚀消耗电解液,使电池内阻增加,负极性能恶化,电池寿命发生衰减。