碳材料对铅酸蓄电池负极板在高倍率部分荷电状态下性能的影响

铅酸蓄电池被普遍认为是最实用的电化学储能设备之一,目前在混合动力汽车领域被广泛应用。文章主要介绍了铅酸蓄电池负极板硫酸铅聚积的机理、碳材料在铅酸蓄电池负极板中的作用以及对铅酸蓄电池性能的影响,并在此基础上展望了铅酸蓄电池未来的发展方向和前景。

在高倍率部分荷电状态下三维石墨烯对铅酸电池寿命的影响

采用一步水热法制备出三维多孔的石墨烯(3D-r GO),将不同质量分数的3D-r GO添加到负极活性物质中,制备出铅酸电池,并研究其电化学性能.结果表明:随着3D-r GO质量分数的增加,在高倍率部分荷电状态(HRPSo C)下,电池的循环寿命先增大后减小,其中添加3D-r GO质量分数为1.0%的电池在HRPSo C下的循环性能最好,其初始放电比容量(在0.05C倍率下为185.36 m Ah/g)相比普通铅酸电池的(161.94 m Ah/g)提高了14.5%,其循环寿命(26 425次)是普通铅酸电池寿命(8 142次)的3.25倍.

在部分荷电和深度放电状态下应用的动力VRLA电池脉冲充电技术

针对动力用阀控式密封铅酸(VRLA)电池的使用特点,在研究其充电机理的基础上采用了新型的脉冲充电技术,设计和制作了智能脉冲充电器,实现了正、负交替的脉冲充电。在部分荷电状态(PSOC)下采用不同的充电模式,进行了100%放电深度的对比试验,同时对失效单体电池进行了容量恢复实验。实验中运用表面电子显微镜(SEM)等物理测试手段对电池电极的形貌结构和正、负极电位进行了测量和分析。实验结果表明,脉冲充电方式提高了活性物质与界面的电导及机械强度,抑制了非活性的硫酸铅的形成,从而有效提高了电池的循环寿命。

炭材料在高倍率部分荷电态运行的铅酸蓄电池中的应用

用于混合动力电动汽车的蓄电池要求能在部分荷电状态下正常使用,且能完成短时快速充电。在这种使用条件下,传统的铅酸蓄电池会产生负板不可逆硫酸盐化现象,造成电池迅速失效。通过在负极板中添加一定数量的炭材料可以有效减缓电池失效的发生,从而使铅酸蓄电池在HEV应用领域可以得到应用。但炭材料是如何显著提高铅酸电池的性能成为了研究的焦点,本文旨在介绍近年来在此方面的一些研究工作进展。

N、P/RC@Pb复合材料在铅碳电池负极中的应用

为改善铅碳混合不均和负极析氢的问题,以D418大孔螯合磷酸树脂为碳源,制备出与Pb复合的N、P掺杂碳材料(N、P/RC@Pb)。采用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)等手段对复合材料进行表征,对添加N、P/RC@Pb复合材料的负极板和铅碳电池进行了研究。结果表明:Pb均匀分布在树脂碳表面,以Pb复合物的形式与树脂碳紧密结合。线性伏安(LSV)测试表明:N、P/RC@Pb的添加能有效抑制析氢反应(HER),在-0.46 V下1%N、P/RC@Pb电极板拥有最小的析氢电流(-0.087 A/cm^(2)),更接近空白组(-0.053 A/cm^(2))。在电池循环测试中,添加1%N、P/RC@Pb的模拟电池的循环寿命为1834次,而空白电池循环寿命为837次。在容量测试中,含量为1%的N、P/RC@Pb的电池容量为241.0 mAh,较空白电池(157.8 mAh)提升了53%。N、P/RC@Pb复合材料制备方法简单,价格低廉,改善了铅碳混合不均问题,有效抑制了碳上的析氢反应,在铅碳电池中具有潜在的应用前景。

改性碳添加剂提高储能用铅酸电池的循环性能

在新能源储能和运载设备系统中,电池经常在高倍率部分荷电状态(high-rate partial-state-of-charge,HRPSOC)下运行,即在部分荷电状态下进行大电流脉冲充放电。在HRPSOC条件下,铅酸电池的负极板表面极易产生PbSO_(4)的堆集,导致电池过早失效。有研究表明,在负极活性物质(NAMs)中添加碳材料,可以有效地抑制PbSO_(4)在负极表面的聚集,提高铅酸电池的HRPSOC性能。因此,采用十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)改性的多壁碳纳米管(MWCNTs)作为NAMs的碳添加剂,以提高铅酸电池的HRPSOC循环性能。通过重新设计负极活性物质的配方和优化工艺路线,通过微量的先进改性碳材料的添加,制备了一种新型储能用铅酸电池,实现铅酸电池的HRPSOC循环寿命的提高。

铅炭电池研发中存在的问题

论述了铅碳电池完整的制造过程,将含量为2%的碳黑添加到负极活性物质中,利用SEM、XRD、BET等分析手段对碳材料、化成后参照电池负极活性物质和铅碳电池负极活性物质进行了表征,对铅碳电池进行了容量性能测试、充电接受能力测试和循环寿命测试。研究发现铅碳电池的研发中存在诸多问题,本文总结了铅碳电池中存在的问题,并提出了相应的解决办法。

未来的汽车用铅酸蓄电池

燃料经济、生态、性能、安全和舒适等特性将促使许多新型电系统产生。因此,对汽车用蓄电池的要求也将显著提高,例如有关可靠性、浅循环寿命、充电接受和在部分充电状态下高倍率放电(HRPSOC)运行的要求。人们期望铅酸蓄电池技术继续在这种应用中起主要作用。与传统的起动—照明—点火(SLI)蓄电池相比,在改善性能和使用寿命两方面已经取得或即将取得显著的技术进步,开发设计出许多新型蓄电池。车内储能装置的系统集成化将变得越来越重要。超级电容器可延长铅酸电池的寿命,保护负极板免于高倍率放电和充电。蓄电池监测、蓄电池管理等系统会为更主动的蓄电池运行策略创造条件,同时改善供电系统的可靠性。在一只铅酸蓄电池无法单独满足不断提高的要求的情况下,双储能系统有可能提供车辆所需的功率。

超级蓄电池用PbO/AC复合材料制备改进研究

采用目前商业化活性炭材料结合喷雾干燥技术制备了超级蓄电池用PbO/AC复合材料。PbO/AC复合材料经表面改性后比重为活性炭材料的4倍,有利于与铅粉混合。CV及LSV分析表明,PbO/AC复合材料较普通AC材料-0.9 V下析氢电流下降,运用到超级蓄电池负极;采用扫描电镜(SEM)和X衍射分析(XRD)对PbO/AC负极板在充放电过程中形貌和组成作了详细描述,分析了PbO/AC对提高大倍率放电能力及抑制析氢现象的机理。实验证明:采用PbO/AC复合材料负极,提高了超级蓄电池大电流充放电能力,在高倍率部分荷电循环测试中,超级蓄电池循环寿命达到20 000次以上。

国外混合动力车用VRLA电池的研发进展(1)

介绍了适用于混合动力车(HEV)的阀控式铅酸(VRLA)电池的国外研发情况。如Hawker两头双极柱卷绕式VRLA电池、Exide卷绕式VRLA电池、Exide和Fiamm的平板式VRLA电池、CSIRO超级电池和Effpower双极性VRLA电池等;还介绍了VRLA电池高倍率部分荷电态(HRPSoC)运行的原理和失效机理,提出了解决的途径。

风光互补发电系统的能量管理研究

风光互补发电系统可充分利用本地太阳能和风能资源,具有无污染、供电质量好的优点,是解决偏远地区供电问题的最佳选择之一。为了提高风光互补发电系统的能量利用率和经济性,满足负荷的供电要求,必需对系统能量进行有效的管理。本文提出了一种简洁适用的基于储能环节控制的能量管理策略,并进行了相关的仿真和实验验证。

木素磺酸钠对铅酸电池负极性能的影响

研究了木素磺酸钠对铅酸电池负极容量和高倍率部分荷电状态(HRPSoC)下循环性能的影响。随着木素磺酸钠的含量从0.2%增加到0.6%,电池的初始容量从6.262 Ah增加到6.781 Ah,但HRPSoC时,负极的循环寿命由6 215次减少到4 202次。木素磺酸钠吸附在铅表面阻碍了充电过程,导致充电过程的极化增大。

车用铅炭电池活性炭的改性及寿命分析

采用的主要原料为柠檬酸(C_6H_8O_7)和[Pb(NO_3)_2],通过将柠檬酸铅[Pb(C_6H_8O_7)·H_2O]沉积在活性炭的表面,然后再将其进行热解处理即可得到改性活性炭,改性活性炭可减小析氢电流、增加析氧阻抗。与普通电池相比通过改性活性炭制备所得铅炭电池高倍率部分荷电态(HRPSoC)的循环寿命可延长42.1%,快速充电(1 h)接受能力可提高19.4%。

不同炭材料对铅酸蓄电池性能的影响

在铅酸蓄电池的负极铅膏中分别添加一定量的5种不同的商业炭材料,对蓄电池的充放电性能及高倍率部分荷电状态下的循环性能进行了测试.利用比表面积(BET)、扫描电镜(SEM)测试对这5种炭材料的结构和形貌进行了表征.结果表明,不同种类的炭材料对铅酸蓄电池的作用效果不同.高比表面积、结构疏松多孔且含有大量微孔的多级孔炭材料可在基本不影响电池容量的情况下,大大提高铅酸蓄电池在高倍率部分荷电状态下的循环寿命.

碳对VRLA电池电性能的影响

向阀控式铅酸(VRLA)电池负极板中添加炭黑与石墨,并组装单板电池,研究碳材料对电池充电性能、容量及高倍率部分荷电态(HRPSoC)循环性能的影响。负极板中含适量的碳材料,可改善充电性能,提高容量,提高电池的HRPSoC循环性能。当负极板含1%炭黑或含3%石墨时,电池的HRPSoC循环寿命可达10 000次以上。

炭材料对超级电池性能的影响

选用自制炭黑电极和活性炭电极,与铅酸电池负极并联,制作成超级电池(2 V、0.4 Ah);进行充电接受能力、不同放电倍率、阻抗及循环寿命测试。超级电池的充电接受能力较好,以5 C放电时,炭黑超级电池的容量比普通铅酸电池提高62%;在高倍率部分荷电态下,炭黑超级电池的循环寿命比铅酸电池延长了49%。

铅炭电池用活性炭的改性与应用

以硝酸铅[Pb(NO3)2]和柠檬酸(C6H8O7)为原料,在活性炭表面沉积柠檬酸铅[Pb(C6H6O7)·H2O],经过热解处理得到改性活性炭。改性活性炭的析氢阻抗增加,析氢电流减小。用该材料制备的铅炭电池与普通铅酸电池相比,1 h快速充电接受能力提高18.1%,高倍率部分荷电态(HRPSoC)循环寿命延长41.3%。

铅炭电池的研究进展

铅炭电池是一种在高倍率部分荷电状态下具有长寿命性能的新型铅酸蓄电池,其性能优势主要得益于添加到负极活性物质中的炭材料。综述了近几年来炭材料在铅酸蓄电池中的应用状况,并对炭材料的作用机制、结构性质及不良影响进行了讨论。

铅炭电池技术的研究

混合动力电车要求电池能够在高倍率部分荷电状态下有较好的循环性能,普通铅酸蓄电池不能满足这一要求,因此,铅炭电池技术应景而生。本文主要论述了铅炭电池技术的发展历程,不同种类的炭材料对电池性能的影响、面临的问题及解决办法。

混合动力车用阀控式铅酸蓄电池负极碳添加剂的研究进展

介绍了混合动力车用阀控式铅酸蓄电池负极加碳的最新研发进展。加入较高含量碳材料对铅酸蓄电池性能有所改善,如增加导电性,使硫酸铅分布均匀,增加比表面积,降低极化,增大电容作用等,也指出了加入碳后一些不利的影响。