Hilangnya kapasitas awal baterai timbal-asam (PCL-3) - sulfasi elektroda negatif yang tidak dapat diubah

Hasil penelitian menunjukkan bahwa: Pada laju pelepasan yang berbeda, distribusi PbSO4 yang dihasilkan oleh elektroda negatif juga berbeda. Pada laju pelepasan rendah (<0,5C20), kristal PbSO4 terdistribusi secara merata di dalam pelat, dan partikel kristal relatif kasar, sedangkan pada laju pelepasan tinggi (> 4C20), partikel kristal kristal PbSO4 berukuran kecil dan padat di permukaan. dari piring. Menurut mekanisme pematangan Ostwald, kristal timbal sulfat kecil cenderung diubah menjadi kristal timbal sulfat kasar melalui rekristalisasi di bawah pengaruh energi permukaan tertentu. Kristal timbal sulfat kasar ini sulit untuk diisi dan diubah karena kelarutannya yang rendah, sehingga membentuk "sulfasi ireversibel". Efek dari sulfasi ireversibel: masa pakai dalam kondisi pengosongan dalam arus rendah, masa pakai dalam kondisi pengosongan arus tinggi dan daya tinggi, dan masa pakai dalam kondisi pengisian daya rendah dalam jangka panjang sangat membatasi kondisi penerapan dan masa pakai baterai timbal-asam .
Sulfat ireversibel semakin diperburuk oleh penyusutan permukaan spesifik timbal spons selama siklus.
Sebagai zat aktif, timbal spongiform negatif akan terus menyusut di bawah pengaruh energi permukaan spesifik selama pengisian dan pengosongan berulang, yang merupakan proses ireversibel. Bukaan pelat akan lebih besar daripada penyusutan permukaan, yang lebih kondusif bagi pembentukan kristal timbal sulfat yang lebih kasar, yang mengarah pada intensifikasi proses ireversibel. Solusi sulfasi elektroda negatif adalah dengan menggunakan surfaktan (lignin, asam humat) untuk menghambat penyusutan luas permukaan zat aktif. Partikel timbal sulfat dimurnikan dengan inti kristal barium sulfat. Tambahkan karbon hitam, grafit, dll. untuk meningkatkan konduktivitas listrik, "disebut zat anti-ekspansi".
Surfaktan - lignin, asam humat, dll
Prinsip: Menggunakan adsorpsi permukaan lignin, luas permukaan spesifik timbal spons meningkat ketika PbSO4 direduksi menjadi timbal spons. Cacat: Dalam lingkungan asam, hidrolisis akan terjadi, oksidasi akan terjadi ketika rekombinasi oksigen, dan hidrolisis hidrogen akan terjadi ketika pengisian, sehingga peran lignin tidak tahan lama, dan mulai gagal pada sekitar 200 siklus. Semakin tinggi suhu maka semakin cepat pula laju dekomposisinya.

Mekanisme kompleks bahan karbon pada elektroda negatif

Karena struktur bahan karbon yang kompleks, mekanisme kerja bahan karbon pada elektroda negatif juga sangat kompleks.
Mekanisme kerja bahan karbon dalam elektroda negatif dirangkum menjadi proses fisik dan kimia:
Proses fisik - konduktivitas listrik, kapasitansi lapisan ganda, efek luas permukaan (pemanfaatan) mempertahankan luas permukaan spesifik selama pengisian dan pengosongan.
Proses kimia - Bahan karbon dapat mengkatalisis konversi Pb2+ menjadi Pb (elektrokatalisis).
Elektroda negatif mudah untuk disulfasi dan elektroda positif jarang disulfasi, karena volume timbal spons negatif sangat berubah selama konversi timbal sulfat, yang menyediakan ruang yang menguntungkan bagi pertumbuhan kristal timbal sulfat, dan bahan karbon dapat mengisi kekosongan untuk menghasilkan hambatan sterik.
Dalam proses pengisian, bahan karbon aktif secara elektrokimia memiliki efek elektrokatalitik pada reduksi PbSO4 di elektroda negatif, dan tegangan pengisian berkurang sekitar 200~300mV. Penelitian selanjutnya menemukan bahwa proses kristalisasi reduksi Pb2+ terjadi pada permukaan bahan karbon dan permukaan timbal secara bersamaan, membuat bahan karbon dan timbal spons terhubung menjadi satu kesatuan, arus pada permukaan bahan karbon dapat mengurangi rapat arus. pelat, mengurangi polarisasi, dan mendorong reduksi timbal sulfat, yang disebut "mekanisme paralel" selama pengisian.

Karbon hitam

Efek: (1) Secara umum diyakini bahwa konduksi karbon hitam dapat mendorong konversi timbal sulfat; (2) Adsorpsi balok keseimbangan; (3) Perusahaan baterai penyimpan energi Jepang meningkatkan jumlah karbon hitam sebesar 10 kali lipat dari jumlah konvensional, dan menemukan bahwa baterai tersebut memiliki kinerja status pengisian parsial tingkat tinggi yang sangat baik; (4) Studi Pavlov menemukan bahwa karbon hitam dapat mengubah struktur kerangka timbal spons, dan terlalu banyak karbon hitam akan tertanam dalam timbal spons tetapi mengurangi konduktivitas kerangka timbal spons. Cacat: (1) Dosis berlebihan akan bocor dari pelat, mengakibatkan korsleting mikro; (2) Dosis yang berlebihan merusak struktur kerangka timbal spons, sehingga menghasilkan lendir elektroda negatif. (3) Evolusi hidrogen yang berlebihan merupakan hal yang serius. Fungsi karbon aktif: (1) Karbon aktif memiliki luas permukaan spesifik yang tinggi, kapasitansi lapisan listrik ganda yang relatif tinggi, dapat membentuk superkapasitor asimetris dengan timbal dioksida positif, kinerja pembesaran tinggi; (2) Penelitian Pavlov menunjukkan bahwa selama proses pengisian, dendrit timbal akan tumbuh pada permukaan karbon aktif dan membentuk struktur kerangka akhir dengan timbal spons, yang kondusif untuk pengisian dan pengosongan kapasitor dua lapis. (3) Penelitian kami menemukan bahwa morfologi pertumbuhan dendrit timbal berbeda dengan struktur karbon aktif yang berbeda, dan kristalinitas mikrokristal grafit yang menyusun karbon aktif serta keteraturan cacat permukaan lebih tinggi, dengan kristalinitas tinggi, konduktivitas dan keteraturan listrik yang baik, yang lebih kondusif bagi pembentukan dendrit pipih yang lebih tinggi dari permukaan, yang kondusif bagi reversibilitas siklus elektroda. Cacat: (1) Karbon aktif merupakan struktur pori internal dengan permukaan spesifik yang tinggi dan titik aktif evolusi hidrogen yang tinggi, sehingga tidak mudah untuk menyesuaikan potensi evolusi hidrogen; (2) Endapan timbal akan menyumbat lubang, dan kapasitansi lapisan listrik ganda akan berangsur-angsur berkurang seiring dengan kemajuan siklus; (3) Struktur berpori memiliki daya serap yang kuat dan akan melakukan adsorpsi lignin yang tidak dapat diubah di dalam elektroda.

grafit

Efek: (1) J. Settelein mempelajari kristalisasi dendrit timbal pada permukaan grafit yang diperluas dan grafit bola, dan menemukan bahwa grafit yang diperluas lebih menguntungkan bagi pertumbuhan dendrit timbal; (2) Karel Micka berpendapat bahwa grafit memiliki efek resistensi pada elektroda negatif, yang dapat menghambat pertumbuhan kristal timbal sulfat; (3) Kami mempelajari pertumbuhan dendrit timbal dari grafit bulat dan grafit serpihan alami, dan menemukan bahwa grafit serpihan alami lebih kondusif untuk pembentukan dendrit pipih dengan dispersi yang baik, sedangkan dendrit pada permukaan grafit bulat membentuk struktur pelapis di sekelilingnya. permukaan grafit bulat, yang tidak kondusif untuk peningkatan luas permukaan timah spons. Cacat: (1) lebih rendah dari permukaan, tidak ada efek kapasitansi; (2) Partikelnya tebal, kepadatannya tinggi, dosisnya besar, dan pengaruh luas permukaannya tidak jelas.

Karbon nanotube (Fokus penelitian)

Fungsi: (1) Tabung nano karbon adalah bahan dua dimensi dengan konduktivitas tinggi dan jalur konduktif panjang, yang kondusif untuk meningkatkan konduktivitas elektroda. (2) Penelitian telah menunjukkan bahwa penambahan tabung nano karbon ke elektroda negatif dapat meningkatkan penerimaan muatan, dan pada saat yang sama, lebih kondusif bagi pembentukan partikel halus kristal timbal sulfat selama pelepasan.
Cacat: (1) kesulitan dalam penyebaran; (2) Harganya relatif mahal.

Graphene (Hotspot penelitian)

Fungsi: (1) material dua dimensi dengan konduktivitas listrik yang sangat baik;
(2) Konduktivitas listrik yang sangat baik, menyebabkan jangkauan radiasi pertumbuhan dendrit timbal lebih luas;
(3) Adsorpsi lignin reversibel dibentuk oleh struktur planar dua dimensi;
(4) Efek sterik pada timbal sulfat lebih signifikan;
(5) Lebih jelas daripada efek luas permukaan.
Cacat: (1) potensi berlebih evolusi hidrogen perlu dihambat lebih lanjut; (2) Biaya produksi perlu dikurangi lebih lanjut.