【摘 要】
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传统铅酸蓄电池负极在高倍率部分荷电状态的工况下很容易发生不可逆硫酸盐化现象,导致电池失效。将铅蓄电池的负极和超级电容器的炭材料负极“内并”和“内混”组成的超级电
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传统铅酸蓄电池负极在高倍率部分荷电状态的工况下很容易发生不可逆硫酸盐化现象,导致电池失效。将铅蓄电池的负极和超级电容器的炭材料负极“内并”和“内混”组成的超级电池,具有良好的倍率性能和循环充放电性能,在电动车领域具有良好的应用前景。然而,由于所加入的炭材料和铅负极的工作电位不匹配,导致充电末期析氢加剧、电池干涸进而使电池失效。因此,开发具有高析氢过电位的复合改性铅负极材料是超级电池研究的工作重点。本文针对不同碳源的活性炭进行了PbSO4改性,对其微观结构进行了表征,分析了电容特性和析氢行为,为开发性能更优的先进铅-炭复合材料拓宽了方向,也为超级电池负极材料的评价提供了理论支持。采用浸渍沉淀法对竹炭材料进行了PbSO4改性并制成了PbSO4改性的竹炭材料,考察了竹炭颗粒尺寸对改性材料的影响。结果发现约200nm颗粒度的PbSO4晶体随机分布于竹炭表面,表现出了较明显的析氢抑制作用,其抑制析氢效果按如下次序排列:AC3000/PbSO4>AC5000/PbSO4>AC200/PbSO4。对椰壳活性炭进行了PbSO4改性,制得PbSO4改性的椰壳活性炭,其表面随机分布着约500 nm PbSO4微晶,随着浸渍中Pb(NO3)2浓度的增加,活性炭表面Pb元素的含量由16.68%增加到23.79%,比电容由活性炭的209.2 F/g逐渐降低到AC/PbSO4-1.0的102.8 F/g。PbSO4改性的活性炭抑制析氢效果明显,析氢电流密度最高可降至原来的28.3%,PbSO4改性后增加了椰壳活性炭的电荷转移电阻,析氢反应的电荷转移更困难。对椰壳活性炭进行HNO3或H2O2氧化、PbSO4改性制得PbSO4改性氧化的椰壳活性炭。与AC/PbSO4-0.5相比,不论是HNO3还是H2O2氧化处理,PbSO4改性后对比电容和析氢行为的影响都不明显。采用H2O2氧化法对煤质活性炭处理,并进行PbSO4改性,制得PbSO4改性的氧化煤质活性炭(C-H2O2/PbSO4-0.5),该材料表面均匀地分布有50 nm PbSO4微晶,长在活性炭基体上而不是吸附在基体上。C-H2O2/PbSO4-0.5中Pb元素的含量为15.36%,高于C/PbSO4-0.5的10.33%。其比电容从活性炭的106.6 F/g降到35.0 F/g,但其抑制析氢效果明显,析氢电流密度为2.8A/g,是C/PbSO4-0.5的68.3%。H2O2氧化处理煤质活性炭增加了对Pb2+的吸附量,改变了铅炭的结合方式。
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