超级铅酸电池是用超级电容器材料与电池材料制造的复合储能装置,超级电容器材料在高倍率充放电时起着电荷缓冲器的作用。因此,相比常规铅酸电池,具有高比功率、长寿命的优点,特别适合用于电动汽车在加速与刹车时电荷快速分离与中和的情况。
本文基于超级电池双性负极板的新概念,研究了不同石墨、乙炔黑和抑制析氢剂,以及不同内并结构和和膏工艺对超级电池电化学性能和循环寿命的影响,并和常规铅酸电池进行了对比。
首先,采用钛板为集流体研究了不同石墨和抑制析氢剂对碳负极的电化学性能和循环寿命的影响。通过循环伏安、计时电流和恒流充放电测试,表明加入乙炔黑10 mass%,球形石墨5 mass%,抑制析氢剂加入1.5 mass%氧化镓和1.5 mass%硬脂酸钡制备的PbO2/C非对称电容器负极材料的放电比容量约为110 mAh·g-1,电容器的等效串联内阻为4.5Ω·cm2。用铅板栅制备的PbO2/C非对称电容器负极材料的放电比容量约为142mAh·g-1,循环350次后,比容量仍有98 mAh·g-1。
然后探讨了不同铅碳电极面积比和不同铅碳电极排布结构对内并超级电池性能的影响,得知铅碳电极面积比为3:1的内并负极板组装的单体电池电动车微混工作模式循环寿命达2 230次。不同数目铅碳电极按Pb:C=4:4的负极排布结构组装的单体电池循环次数可达2 101次。
随后装配12V/10Ah铅碳内混电池,研究了不同石墨材料和不同和膏工艺对内混铅碳负极板性能的影响,确定加入球形石墨的电池有较好的放电容量和循环寿命,验证了钛板集流体的实验结果。不同和膏工艺实验表明,湿混和膏制备的电池电动车中混工作模式循环寿命可达6 972次,明显高于干混和膏电池的2 437次。SEM、XRD和电化学阻抗谱分析表明,湿混和膏制备负极板颗粒更小,海绵铅结晶好,并且具有较小的传荷电阻。最后进行了12V/10Ah铅碳电池和常规铅酸电池的循环寿命对比,发
现在电动车中混工作模式下放电时,超级电池的放电电压下降缓慢,循环寿命达11 947次,为常规铅酸电池循环寿命的5倍。
