Persiapan komposit timbal oksida bermuatan graphene oksida tereduksi untuk baterai timbal karbon

07 Jun 2023

Graphene adalah jenis baru dari bahan konduktif struktur dua dimensi, yang terdiri dari satu lapisan atom karbon dan unit struktural dasarnya adalah struktur cincin beranggota enam, yang memiliki stabilitas kimia yang baik. Selain itu, graphene memiliki luas permukaan spesifik yang tinggi, yang tidak hanya memberikan antarmuka reaksi yang besar, tetapi juga meningkatkan dispersi bahan nano permukaan. Konduktivitas graphene yang tinggi kondusif untuk transfer muatan elektron dalam proses reaksi elektrokimia; Gulungan antara lembaran graphene dapat memberikan struktur pori
yang kondusif untuk penetrasi elektrolit dan difusi ion, sehingga material komposit konduktif yang dibangun berdasarkan graphene sebagai aditif elektroda negatif dapat secara signifikan meningkatkan kinerja elektrokimia baterai timbal-asam..

Namun, karena densitas bahan graphene yang rendah, efek karbon mengambang akan terjadi ketika ditambahkan ke pasta timbal negatif, yang juga akan menyebabkan lepasnya kombinasi timbal dan karbon. Selain itu, pengenalan bahan graphene akan memperparah masalah evolusi hidrogen di elektroda negatif dan menyebabkan elektrolit kehilangan air dan mengering, sehingga perlu dilakukan modifikasi komposit; Pada saat yang sama, bahan graphene mudah diagregasi dan mengeras, permukaannya halus dan lembam, yang tidak kondusif untuk komposit dengan bahan lain, sehingga harus difungsikan secara efektif.

Fitur teknis:
Penemuan ini memberikan metode persiapan bahan komposit oksida timbal tereduksi graphene oksida yang didukung untuk baterai timbal karbon .

Dispersi oksida graphene dicampur secara menyeluruh dengan larutan anilin dan timbal asetat (nilai pH disesuaikan dengan larutan alkali KOH), dan kemudian ditambahkan ke ketel reaksi untuk reaksi hidrotermal (180 ℃); Pisahkan hidrogel komposit graphene/timbal dalam produk reaksi dan cuci dengan etanol anhidrat dan air deionisasi; Kemudian pertama-tama dipadatkan - (60 ℃) dan kemudian dikeringkan-beku (vakum, -60 ℃) untuk mendapatkan aerogel komposit graphene oksida / timbal oksida tereduksi; Aerogel komposit oksida GO/timbal yang dikurangi dikalsinasi di bawah perlindungan argon (450℃, 2 jam, laju pemanasan 5℃/menit), dan komposit oksida timbal yang didukung GO yang dikurangi diperoleh.

Metode aplikasi dari bahan komposit timbal oksida yang didukung RGO yang diperoleh adalah sebagai berikut: bahan komposit digunakan sebagai aditif elektroda negatif, dicampur dengan bubuk timbal, asetilena hitam, barium sulfat, asam humat, natrium lignin sulfonat, serat pendek, air deionisasi dan asam sulfat encer, dan dilapisi pada jaringan timbal, dan pelat generator elektroda negatif dari baterai asam timbal diperoleh setelah proses pengawetan.

Oksida grafena tereduksi dalam penemuan mengacu pada grafit yang diselingi dan didispersikan dengan metode kimia terlebih dahulu, dan gugus fungsi yang mengandung oksigen dimodifikasi pada permukaannya untuk membentuk grafit oksida atau grafena oksida; Dan kemudian zat pereduksi kuat digunakan untuk mengurangi dan menghilangkan gugus fungsi di permukaan untuk mendapatkan oksida graphene tereduksi. Grafena yang dibuat dengan metode ini memiliki lebih banyak cacat permukaan, mengandung lebih banyak gugus fungsi yang mengandung oksigen, dan mudah dimodifikasi permukaannya. Selain itu, metode ini dapat mewujudkan produksi graphene dalam skala besar, dan lebih cocok untuk aplikasi industri daripada pengupasan graphene dengan metode fisik.

Bahan nanokomposit grafena oksida/timbal oksida tereduksi yang disiapkan oleh penemuan ini dimuat secara seragam dengan partikel oksida timbal di antara lembaran grafena tereduksi, dan ukuran diameternya dapat dikontrol antara 50300 nm, dan gugus fungsi amino atau imino dalam molekul anilin dapat secara efektif menyerap ion timbal melalui aksi elektrostatik dan kompleksasi koordinasi. -Selain itu, gugus fungsi yang mengandung nitrogen memiliki kemampuan reduksi dan dapat diadsorpsi REDOX dengan ion timbal dengan sifat pengoksidasi kuat, yang meningkatkan kemampuan adsorpsi lembaran oksida graphene menjadi ion timbal, meningkatkan situs aktif bahan komposit dan memperkaya kinerja karakteristik bahan komposit. Aglomerasi graphene dihindari, dan dispersi seragam graphene dan senyawa timbal direalisasikan. Dan meningkatkan kerapatan bahan karbon, mengurangi fenomena karbon mengambang dalam proses pencampuran bahan graphene dan timbal anoda, dapat secara signifikan meningkatkan kapasitas penerimaan muatan baterai timbal-asam dan siklus hidup HRPSoC; Pada saat yang sama, doping nitrogen dan komposit timbal oksida dan graphene dapat secara efektif meningkatkan overpotensial evolusi hidrogen dari aditif dan memperbaiki masalah kehilangan air baterai timbal-karbon.

Data pengujian:
Pelat generator elektroda negatif yang dihasilkan dan pelat positif baterai timbal-asam dirakit menjadi baterai kaya cairan, dan masa pakai siklus serta kapasitas spesifik kondisi pengisian sebagian tingkat tinggi (HRSoC) diukur dan dibandingkan (data ditunjukkan pada Tabel 1 dan Gambar 1). Hasilnya menunjukkan bahwa kinerja siklus dan kapasitas spesifik baterai timbal-karbon meningkat secara signifikan dibandingkan dengan baterai asam timbal tradisional (rasio pasangan kosong) setelah diperkenalkannya aditif graphene dengan metode konvensional, dan baterai timbal-karbon dengan aditif yang dibuat oleh penemuan ini lebih ditingkatkan dalam hal siklus hidup HRPSoC dan kapasitas spesifik.

Tabel 1 . Perbandingan uji kinerja baterai asam led kaya cairan

ARA. 2 menunjukkan perbandingan kinerja evolusi hidrogen dari pelat generator negatif yang disiapkan. Seperti dapat dilihat dari gambar, blanko tanpa penambahan bahan graphene memiliki potensi berlebih tertinggi untuk evolusi hidrogen proporsional, sedangkan bahan graphene umum yang ditambahkan sesuai dengan metode umum memiliki potensi berlebih evolusi hidrogen proporsional terendah, yang tidak dapat dipisahkan dari pengaruh bahan karbon itu sendiri memiliki overpotensial evolusi hidrogen yang rendah. Namun, setelah menambahkan aditif grafena oksida/timbal oksida tereduksi yang dibuat oleh penemuan ini, rasio overpotensial evolusi hidrogen dari pelat negatif kira-kira sama dengan pasangan kosong tanpa penambahan grafena,