用于超級(jí)電池的碳基超級(jí)電容電極研究項(xiàng)目摘要

采用微孔內(nèi)及表面原位沉積或機(jī)械化學(xué)混合方式，將Pb的氧化物、硫酸鹽、及與其結(jié)構(gòu)類似的Ca、Ba、Sr等，和/或高析氫過(guò)電勢(shì)金屬元素，如Zn、Sn、Cd等的氧化物、硫酸鹽或其它鹽類，對(duì)多孔碳材料進(jìn)行修飾。目的是研究修飾對(duì)多孔碳材料作為超級(jí)電容電極的工作電勢(shì)范圍和過(guò)充電時(shí)的氫氣析出速率的影響規(guī)律。使多孔碳材料電極在硫酸電解液中的工作電勢(shì)范圍與鉛酸電池的負(fù)極類似，且過(guò)充電時(shí)的氫氣析出速率與鉛酸負(fù)極相當(dāng)。在此基礎(chǔ)上制備非對(duì)稱型超級(jí)電容，并與閥控鉛酸電池（VRLA）集成在同一單體中，制備混合動(dòng)力車用超級(jí)電池。該超級(jí)電池中不需要以往超級(jí)電容與電池混合共用時(shí)所用的額外電子控制裝置。

本課題中，采用化學(xué)沉積法在多孔碳材料，如活性炭的表面上沉積以Pb為代表的高析氫過(guò)電位元素的氧化物或其鹽類，制備用于超級(jí)鉛酸電池的碳基超級(jí)電容復(fù)合電極材料。利用Pb-Bi鉛酸電池板柵作為集流體制備電極。研究結(jié)果表明，修飾后的碳基復(fù)合電極材料的氫氣析出電勢(shì)約為-1.35V，接近鉛酸電池負(fù)極的約-1.40V。不同電勢(shì)下的氫氣析出速率明顯低于活性炭電極，接近鉛酸負(fù)極。采用修飾后活性炭材料制備的超級(jí)電池，在高倍率部分充電態(tài)（HRPSoC）條件下，循環(huán)壽命比鉛酸電池有了明顯提高。主要的結(jié)論如下：采用PbSO4等鹽類對(duì)活性炭材料進(jìn)行修飾，活化后可以制得析氫過(guò)電勢(shì)提高的復(fù)合材料；采用PbSO4修飾制備復(fù)合材料，充電時(shí)析氫電勢(shì)達(dá)到-1.31V，放電起始工作電勢(shì)為-0.96V，接近鉛負(fù)極的-0.99V。其工作電勢(shì)范圍已經(jīng)與鉛酸負(fù)極匹配；在充分充電的情況下，復(fù)合材料的氫氣析出速率明顯降低到接近鉛酸負(fù)極的水平；鉛負(fù)極中少量添加多孔碳材料可以明顯提高鉛酸電池壽命；添加了1.0%經(jīng)Pb、Ca聯(lián)合修飾活性炭的超級(jí)電池的循環(huán)壽命達(dá)到了約16000次；XRD和SEM測(cè)試結(jié)果表明，該性活性炭的添加，可以抑制鉛負(fù)極在充放電循環(huán)時(shí)生成的硫酸鉛結(jié)晶顆粒變大的速度，進(jìn)而改善電池在高倍率條件下的使用壽命。 2100433B

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