抑制鉛炭電池負(fù)極析氫及其機(jī)理的研究.pdf

1、鉛酸電池作為一種傳統(tǒng)的儲能方式，具有技術(shù)成熟、儲能成本低等優(yōu)點(diǎn)，然而其有限的循環(huán)壽命限制了其進(jìn)一步發(fā)展。將高含量炭材料加入到鉛酸電池的負(fù)極中，結(jié)果表明電池在高倍率部分荷電狀態(tài)（HRPSoC）下的循環(huán)壽命得到極大的提升。但是在傳統(tǒng)鉛酸電池的負(fù)極板中加入高含量的炭材料引入了新的問題，由于炭材料的析氫過電位較低，導(dǎo)致在電池充電階段析氫反應(yīng)劇烈，從而進(jìn)一步引起電池內(nèi)壓升高、電池失水直至電池完全失效，因此炭材料的加入所引入的問題必須解決。現(xiàn)階段針

2、對鉛炭電池析氫嚴(yán)重的問題，主要的解決途徑有如下兩個方面：一方面是針對炭材料本身的物理和化學(xué)性質(zhì)對炭材料進(jìn)行物理、化學(xué)改性，達(dá)到抑制析氫反應(yīng)發(fā)生的目的，例如對炭材料的比表面積及孔徑分布進(jìn)行適當(dāng)調(diào)控、對炭材料進(jìn)行表面處理或雜原子摻雜處理；另一方面是在炭材料中加入適量具有高析氫過電位的析氫抑制劑，以此提高炭材料的析氫過電位，抑制析氫反應(yīng)的發(fā)生，例如氧化鉍（Bi2O3）、氧化鎵（Ga2O3）等。主要內(nèi)容如下：
　　1.利用ZnCl2-CO

3、2同步物理化學(xué)活化法制備了不同比表面積與孔徑分布的七種活性炭材料，并利用電化學(xué)方法研究了活性炭材料的比表面積與析氫速率之間的關(guān)系及其可能存在的機(jī)理。結(jié)果表明，析氫反應(yīng)更易于在介孔上發(fā)生，因此，為了既保證加入的炭材料起到超電容的作用，又不易于發(fā)生析氫反應(yīng)，微孔與介孔的比例應(yīng)適當(dāng)控制。這可能是由于在析氫反應(yīng)的過程中，產(chǎn)生的氫氣在微孔中不易脫出，從而抑制了析氫反應(yīng)進(jìn)一步發(fā)生。
　　2.用摻雜的方法分別制備了P摻雜活性炭、B摻雜活性炭、N

4、摻雜活性炭及F摻雜活性炭，并利用XPS、Raman對材料進(jìn)行表征，利用電化學(xué)的方法對材料的析氫性能進(jìn)行了研究，探究析氫機(jī)理。研究結(jié)果表明：摻雜P能夠阻礙炭材料表面析氫反應(yīng)的動力學(xué)過程，從而能夠阻礙氫氣的析出，是一種有效抑制炭材料析氫的方法，且理論計算結(jié)果進(jìn)一步驗(yàn)證了這一結(jié)論。此外，摻雜P含量越高，析氫抑制劑效果更加明顯。摻雜B對于活性炭的析氫性能沒有明顯的影響，甚至使其析氫能力略微加劇，不適合將其作為抑制炭材料析氫的方法。而摻雜F和N能

5、夠有效抑制活性炭材料的析氫性能，更加適合成為抑制炭材料析氫反應(yīng)的新方法。
　　3.以Bi2O3和Ga2O3為析氫抑制劑加入到活性炭材料中，探究了不同質(zhì)量比的Bi2O3和Ga2O3作為析氫抑制劑時的抑制析氫效果。研究結(jié)果表明：當(dāng)活性炭中混入一定量的析氫抑制劑后，活性炭材料的析氫反應(yīng)得到明顯的抑制，且加入析氫抑制劑的活性炭作為炭材料添加劑加入到鉛酸電池負(fù)極后，其在HRPSoC下的循環(huán)壽命比加入原始活性炭的鉛酸電池有了明顯的提高。此外，