鉛酸電池用瀝青基炭泡沫集流體的制備及應用研究.pdf

1、鉛酸電池至今仍然是世界上應用最為廣泛的一種可充電電池，但與其他新型電池相比，卻存在比能量低等問題。為此，采用炭泡沫集流體材料代替鉛合金板柵的研究倍受注目。然而，由于受自身結構和制備成本的限制，發(fā)泡法制備的炭泡沫材料在作為鉛酸電池集流體的推廣應用方面尚面臨諸多的困難。本論文的目的即是開發(fā)一種適合于鉛酸電池集流體用途的新型炭泡沫材料制備技術，并系統考察該炭泡沫集流體對組裝的鉛酸電池性能的影響。 采用木素磺酸銨為分散劑制備水基瀝青漿料

2、，研究了該分散劑對瀝青漿料分散穩(wěn)定性的影響，以及pH值、固含量、分散劑用量對漿料流變特性的影響，發(fā)現瀝青顆粒對木素磺酸銨具有較強的的吸附能力，瀝青懸浮液中加入1wt％的木素磺酸銨就能使其Zeta電位發(fā)生明顯變化，在pH=8附近，含木素磺酸銨分散劑的瀝青粉體顆粒懸浮液的沉降體積最小。在固含量低于60％的范圍內，pH值為8，分散劑用量為1.2％的瀝青漿料粘度最低，流動性最好。 提出了采用有機多孔模板浸漬水基瀝青漿料成型來制備瀝青基炭

3、泡沫的新方法，篩選出了一種RPC表面活性劑，采用該表面活性劑對模板進行改性處理能夠提高模板的掛漿量；選擇木素磺酸銨為分散劑，聚乙二醇為粘結劑，羧甲基纖維素為觸變劑配制瀝青粉體漿料，當漿料固含量和流變劑用量分別為55％和1.5％，模板擠壓應變?yōu)?5％時，所制備的瀝青多孔素坯具有良好的三維開口結構和合適的孔筋厚度。該瀝青多孔素坯經350℃氮氣氛中預處理30分鐘，950℃炭化180分鐘后得到了具有三維連通開口網絡結構的瀝青基炭泡沫。

4、循環(huán)伏安測試發(fā)現，在H2SO4溶液中，上述炭泡沫在-1.2～0V處于電化學穩(wěn)定狀態(tài)，可作為理想的鉛酸電池負極集流體材料，但其表面析氧電位大約在0.8V左右，遠低于鉛酸電池正極在充電過程中發(fā)生電化學反應時的電位（>1.4V），難以直接用作鉛酸電池正極集流體材料。 研究了炭泡沫作為鉛酸電池負極集流體對電池性能的影響，發(fā)現采用炭泡沫作為負極集流體不僅能夠提高電池的充電接受能力和負極活性物質利用率，而且還能改善電池的部分荷電循環(huán)性能。在

5、放電電流為1/20C和1/10C條件下，炭泡沫負極的活性物質利用率比鉛板柵負極分別提高15％和27％；在部分荷電狀態(tài)窗口為40％～70％的情況下，經50次循環(huán)的炭泡沫電池放電截止電壓仍高于2V，而鉛板柵電池只能完成30次循環(huán)。計算發(fā)現該炭泡沫集流體具有較低的設計參數，其γ參數大約為傳統鉛板柵的1/40～1/100。 考察了炭泡沫作為集流體材料對鉛酸電池負極阻抗特性的影響，提出了描述鉛酸電池負極交流阻抗的數學模型和等效電路模型。交

6、流阻抗譜測試和等效電路擬合結果表明，兩種電極無論在充電或放電狀態(tài)下均由電化學極化和濃度極化混合控制，但處在完全充電狀態(tài)時，濃度極化起主導作用，而處于完全放電狀態(tài)時電化學極化起主要作用。無論處于完全充電或完全放電狀態(tài)，炭泡沫電極均具有比鉛板柵電池更高的交換電流密度和雙電層電容。 初步研究了炭泡沫表面改性對其電化學特性的影響，循環(huán)伏安和SEM測試發(fā)現，采用循環(huán)伏安法電沉積的聚苯胺致密性較差，靠單一的聚苯胺涂層很難提高炭泡沫表面的氧析