鉛碳電池工作原理是什么？
來源：寶鄂實業(yè)
2019-09-02 11:26
點擊量：次
傳統(tǒng)鉛酸電池中的一個核心問題就在于負極的硫酸鹽化，即在高倍率放電模式下，負極的海綿狀鉛與HSO4-快速反應生成PbSO4，此時因為HSO4-與Pb這一對反應物的供應失配，導致了PbSO4成核速率太快，這樣就使得生成的PbSO4（本質(zhì)是絕緣的）“糊”在了負極表面，或者是生成了極大的顆粒；而不是按我們所需要的在負極板內(nèi)部均勻的生成，或者是在表面只是生成細小均勻容易還原的絨狀PbSO4。
表面生成的PbSO4堆積層或者是大顆粒PbSO4明顯減少了電子轉(zhuǎn)移、反應需要的有效表面積和物質(zhì)，使得后續(xù)的反應更為困難，因此使得負極板內(nèi)部變成了“死”區(qū)。而在充電時，因為表面PbSO4層阻礙了鉛酸電池本體反應的發(fā)生，此時負極的電位只好將電池中的水電解成氫氣，造成電解液的枯竭，這樣會進一步導致電池性能的惡化。
為了解決這一問題，我們可以在鉛負極中加入的碳粒子，其會形成如上圖所示的導電網(wǎng)絡結構。該網(wǎng)絡結構的優(yōu)點主要如下：
1）提供反應中心：這些碳粒子表面就形成了新的反應活性中心；
2）形成導電網(wǎng)絡降低極化；
3）形成更幼小均勻的傳質(zhì)網(wǎng)絡，促進電化學反應在電極表面、內(nèi)部的均勻進行，從而減輕PbSO4在表面的集中析出效應；
4）作為異質(zhì)材料阻礙PbSO4顆粒的長大，使其均勻分布。
5）通過碳的電容效應，提高電池的容量和功率特性。
基于以上幾點優(yōu)點，鉛碳電池通過加入碳，有效抑制了負極的硫酸鹽化趨勢，使得電池壽命明顯提升。不僅如此，鉛碳電池的生產(chǎn)工藝相比于傳統(tǒng)鉛酸電池并無本質(zhì)區(qū)別，不需改變現(xiàn)在已經(jīng)成熟的工藝，生產(chǎn)容易實現(xiàn)規(guī)?；?，尤其對于儲能電池長壽命、低成本方面的要求。
對于鉛碳電池來說，加入的碳的種類有很多種：炭黑、活性炭、石墨烯、石墨、碳纖維、碳納米管均可。而它們的主要優(yōu)點/能為鉛碳電池提供的主要功能有：1）導電導熱；2）網(wǎng)絡孔隙結構，提供反應所需比表面積以及雙電層電容?？梢哉f，鉛碳電池的發(fā)展給了碳材料家族一個施展才華的舞臺，但是如何在性能提升與成本控制上尋找一個平衡點，可能是在鉛碳電池中應用高級碳材料的一個需要注意的問題。此外，碳材料加入也是需要控制量的，過多的碳材料加入會導致極板活性物質(zhì)脫落等一系列問題。
