Ранняя потеря емкости свинцово-кислотных аккумуляторов (ПКЛ-3) – необратимая сульфатация отрицательного электрода.

Исследования показывают, что: При разных скоростях разряда распределение PbSO4, генерируемого отрицательным электродом, различно. При малых скоростях разряда (< 0,5С20) кристаллы PbSO4 равномерно распределены внутри пластины, а кристаллические частицы относительно крупные, а при высоких скоростях разряда (>4С20) кристаллические частицы кристаллов PbSO4 на поверхности мелкие и плотные. пластины. Согласно механизму созревания Оствальда, мелкие кристаллы сульфата свинца имеют тенденцию превращаться в крупные кристаллы сульфата свинца путем рекристаллизации под действием удельной поверхностной энергии. Этот крупный кристалл сульфата свинца трудно заряжать и трансформировать из-за его низкой растворимости, что приводит к «необратимой сульфатации». Эффект необратимой сульфатации: срок службы в условиях глубокого разряда при низком токе, срок службы в условиях сильного тока и разряда высокой мощности, а также срок службы при длительном недозаряде серьезно ограничивают условия применения и срок службы свинцово- кислотных аккумуляторов .
Необратимая сульфатация дополнительно усугубляется сокращением удельной поверхности губчатого свинца во время цикла
. В качестве активного вещества отрицательный губчатый свинец будет непрерывно сжиматься под действием удельной поверхностной энергии во время повторной зарядки и разрядки, что является необратимым процессом. Апертура пластины будет больше, чем усадка поверхности, что в большей степени способствует образованию более крупных кристаллов сульфата свинца, что приводит к интенсификации необратимого процесса. Решением проблемы сульфатации отрицательного электрода является использование поверхностно-активных веществ (лигнин, гуминовая кислота) для предотвращения усадки площади поверхности активного вещества. Частицы сульфата свинца были очищены кристаллическим ядром сульфата бария. Добавьте углеродную сажу, графит и т. д. для увеличения электропроводности, «антирасширяющую добавку».
Поверхностно-активные вещества - лигнин, гуминовая кислота и т. д.
Принцип: Используя поверхностную адсорбцию лигнина, удельная поверхность губчатого свинца увеличивается, когда PbSO4 восстанавливается до губчатого свинца. Дефекты: В кислой среде произойдет гидролиз, произойдет окисление при рекомбинации кислорода и гидролиз водорода при зарядке, что приведет к потере долговечности роли лигнина, и он начнет разрушаться примерно через 200 циклов. Чем выше температура, тем быстрее скорость разложения.

Сложный механизм образования углеродного материала в отрицательном электроде.

Из-за сложной структуры углеродных материалов механизм действия углеродных материалов в отрицательном электроде также очень сложен.
Механизм действия углеродных материалов в отрицательном электроде сводится к физическим и химическим процессам:
Физические процессы - электропроводность, емкость двойного слоя, эффект площади поверхности (использование) поддерживают удельную площадь поверхности во время заряда и разряда.
Химический процесс. Углеродные материалы могут катализировать превращение Pb2+ в Pb (электрокатализ).
Отрицательный электрод легко сульфатируется, а положительный электрод сульфатируется редко, поскольку объем отрицательного губчатого свинца сильно изменяется во время превращения сульфата свинца, что обеспечивает благоприятное пространство для роста кристаллов сульфата свинца, а углеродные материалы могут заполнять пустота, создающая стерические препятствия.
В процессе зарядки электрохимически активный углеродный материал оказывает электрокаталитическое воздействие на восстановление PbSO4 в отрицательном электроде, а напряжение зарядки снижается примерно на 200–300 мВ. Дальнейшие исследования показали, что процесс кристаллизации восстановления Pb2+ происходит на поверхности углеродного материала и поверхности свинца одновременно, в результате чего углеродный материал и губчатый свинец соединяются в единое целое, ток на поверхности углеродного материала может уменьшить плотность тока. пластины, уменьшают поляризацию и способствуют восстановлению сульфата свинца, что во время зарядки называется «параллельным механизмом».

Угольно черный

Эффекты: (1) Обычно считается, что проводимость сажи может способствовать превращению сульфата свинца; (2) Адсорбция бревна; (3) Японская компания по производству аккумуляторных батарей увеличила количество технического углерода в 10 раз по сравнению с обычным количеством и обнаружила, что он имеет очень хорошие характеристики в состоянии частичного заряда с высокой скоростью; (4) Исследование Павлова показало, что углеродная сажа может изменить структуру скелета губчатого свинца, и слишком много технического углерода будет внедрено в губчатый свинец, но уменьшит проводимость скелета губчатого свинца. Дефекты: (1) Излишняя дозировка вытечет из пластины, что приведет к микрокороткому замыканию; (2) Чрезмерная дозировка разрушает скелетную структуру губчатого свинца, что приводит к образованию слизи на отрицательном электроде. (3) Чрезмерное выделение водорода серьезно. Функция активированного угля: (1) Активированный уголь имеет высокую удельную поверхность, относительно высокую емкость двойного электрического слоя, может образовывать асимметричный суперконденсатор с положительным диоксидом свинца, высокой производительностью увеличения; (2) Исследования Павлова показывают, что в процессе зарядки дендриты свинца будут расти на поверхности активированного угля и образовывать окончательную скелетную структуру с губчатым свинцом, которая способствует зарядке и разрядке двухслойных конденсаторов. (3) Наше исследование показало, что морфология роста дендритов свинца различается в зависимости от структуры активированного угля, а кристалличность графитовых микрокристаллов, составляющих активированный уголь, и регулярность поверхностных дефектов выше, с высокой кристалличностью, хорошей электропроводностью и регулярностью, что более способствует образованию пластинчатых дендритов выше поверхности, что способствует обратимости электродного цикла. Дефекты: (1) Активированный уголь представляет собой внутреннюю пористую структуру с высокой удельной поверхностью и активной точкой с высоким выделением водорода, поэтому регулировать потенциал выделения водорода непросто; (2) Отложение свинца заблокирует отверстие, и емкость двойного электрического слоя будет постепенно уменьшаться по мере прохождения цикла; (3) Пористая структура обладает сильной адсорбирующей способностью и осуществляет необратимую адсорбцию лигнина в электроде.

графит

Эффекты: (1) Дж. Сеттлейн изучил кристаллизацию дендритов свинца на поверхности расширенного графита и сферического графита и обнаружил, что расширенный графит более благоприятен для роста дендритов свинца; (2) Карел Мика считает, что графит оказывает сопротивление отрицательному электроду, что может ингибировать рост кристаллов сульфата свинца; (3) Мы изучили рост свинцовых дендритов сферического графита и природного чешуйчатого графита и обнаружили, что природный чешуйчатый графит более способствует образованию пластинчатых дендритов с хорошей дисперсией, в то время как дендриты на поверхности сферического графита образуют структуру покрытия вокруг поверхность сферического графита, что не способствует улучшению площади поверхности губчатого свинца. Дефекты: (1) ниже поверхности, нет емкостного эффекта; (2) Частицы толстые, плотность высокая, дозировка большая, а влияние площади поверхности неочевидно.

Углеродные нанотрубки (направление исследований)

Функции: (1) Углеродные нанотрубки представляют собой двумерные материалы с высокой проводимостью и длинным проводящим путем, что способствует улучшению проводимости электрода. (2) Исследования показали, что добавление углеродных нанотрубок к отрицательному электроду может улучшить прием заряда и в то же время более способствует образованию мелких частиц кристаллов сульфата свинца во время разряда.
Дефекты: (1) трудности с диспергированием; (2) Цена относительно дорогая.

Графен (горячая точка исследований)

Функции: (1) двумерный материал с отличной электропроводностью;
(2) Превосходная электропроводность, индуцирует диапазон излучения роста дендритов свинца более широкий;
(3) Обратимая адсорбция лигнина образовала двумерную плоскую структуру;
(4) Стерический эффект на сульфат свинца более значителен;
(5) Более очевиден, чем эффект площади поверхности.
Дефекты: (1) перенапряжение выделения водорода необходимо дополнительно подавлять; (2) Производственные затраты необходимо дополнительно снизить.