铅酸电池板栅材料的研究

作     者：李媛 

作者单位：重庆大学 

学位级别：硕士

导师姓名：朱伟

授予年度：2017年

学科分类：0808[工学-电气工程] 08[工学] 

主      题：铅酸电池 轻板栅材料 电沉积 负极板 

摘      要：由于全球能源消耗和环境污染等问题的不断浮现,人们迫切寻求可持续再生能源。虽然锂离子电池备受关注,但铅酸电池仍以其高性价比、成熟的技术、高可靠性和安全性占据着可充电电池的主导地位。然而,铅酸电池比能量低是目前急需克服的缺陷,寻找一种轻板栅材料降低非活性物质部分重量,从而提高电池比容量具有重要意义。本文通过电沉积法对轻型目标基体(904L、哈氏C276和Ti)进行镀铅,Pb-基体材料被用作负极并组装成铅酸电池,对其充放电特性进行研究,探究了基体材料的可行性。分别以添加剂、阴极电流密度和工作温度三个条件对电镀的影响机制进行了探索。结果表明,适量的明胶添加剂、4A/dm2的电流密度以及35oC为最佳条件,电镀1h,可获得致密均匀且结合力紧的镀层。在最佳电镀条件下得到的Pb-904L、Pb-哈氏C276和Pb-Ti分别作为铅酸电池负极板栅材料。SEM、XRD和EDS表征结果说明,铅层能与904L、哈氏C276和Ti结合良好,结合Tafel和CV扫描曲线,Pb-904L、Pb-哈氏C276和Pb-Ti作为负极板均表现出了良好的耐腐蚀性和电极可逆性,并且可以用作板栅材料。在Pb-904L基体作为负极板的铅酸电池中,电池放电比容量在第8周时达到最大,为179.5mAh/g,在第40周时电池放电比容量仍保持在155.1mAh/g。Pb-哈氏C276基体负极板铅酸电池在第50周时电池比容量达到了81.5mAh/g,容量保持率甚至达到118%,并且电池容量逐渐上升。以Pb-Ti作为负极的铅酸电池放电容量可达143.6mAh/g,经过20周后其容量开始出现衰减。为了减少电池前期活化时间,本文发现NiSO4作为电解液添加剂能改善电池负极性能。Tafel和CV扫描结果表明,2%NiSO4电解液的加入能降低Pb-904L板栅的腐蚀速率,增加电极反应的可逆性。电池在第15周时表现出了高的电池放电比容量,249.8mAh/g,较无添加剂的电池容量提高了约90mAh/g,并且在前30周表现出了良好的循环稳定性。