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从STECO铅酸电池 (LAB) 到铅碳电池 (LCB)

从铅酸电池 (LAB) 到铅碳电池 (LCB)

2.1 PbO 2 /活性炭(AC)非对称电化学电容器(AEC)

LAB由Pb负极和PbO 2正极组成(图 4a)。Pb和PbO 2的放电产物都是PbSO 4PSoC 下 LAB 的循环寿命和充电接受能力主要受到 Pb 负极硫酸盐化的限制 [ 55 ]。基本上,可充电电池的功率能力通常受到其缓慢的电极动力学的限制,而超级电容器由于其非相变双层电容器电荷存储机制而具有高充电接受能力。商用超级电容器主要是采用高孔隙活性炭(AC)的双电层电容器(EDLC)(SSA > 1 500 m 2  g −1])作为电极材料[ 56 ]。得益于其 EDLC 电荷存储机制,超级电容器比可充电电池具有更高的能源效率和充放电速率。超级电容器的高充电能力增强了铅负极的充电接受能力。一种简单的解决方案是利用基于交流的糊状电极作为负极,使用LAB PbO 2电极作为正极(图 4b)[ 57 ]。这样的配置可以完全防止负极上Pb的硫酸化,从而大大提高基于PbO 2正极的储能装置的循环稳定性和功率性能。

图4
figure 4

经参考文献许可转载。[ 58 ]。版权所有 © 2011,爱思唯尔

a LAB 和b PbO 2 /AC AEC的配置。c AC电极和PbO 2纳米线电极在0.1 M CH 3 SO 3 H + 0.1 M Pb(NO 3 ) 2  + 4 M NaNO 3电解质中在10 mV s -1下的循环伏安图,以及d as-的SEM图像沉积的PbO 2纳米线电极以及e 5 和f 100 次循环后的电极。
PbO 2 /AC非对称电化学电容器(AEC)的设计原理。通常,PbO 2 /AC AEC 可以用薄膜电极[ 59、60 ]和厚糊电极[ 57 ]来制造。薄膜电极的设计有助于提供高功率能力,而厚电极的设计有助于提供高能量密度。因此,通过在LAB中使用厚电极设计[ 61 ],PbO 2 /AC AEC可以实现高能量密度。此外,还有动力设计带有电沉积 PbO 2薄膜电极的高功率 PbO 2 /AC AEC [ 62,63 ]。无论使用何种配置,由于AC材料的有限容量和PbO 2相对较低的比容量,PbO 2 /AC AEC只能实现仅20 Wh kg -1的有限能量密度。PbO 2由于其相转换机制限制了PbO 2 /AC AEC的循环寿命。通常情况下,PbO 2被过度使用(低DoD),因此可以保证正极具有长的循环寿命。此外,混合电解质由0.1 M (1 M = 1 mol L -1 ) CH 3 SO 3 H + 0.1 M Pb(NO 3 ) 2  + 4 M NaNO组成图3可用于增强循环稳定性[ 58 ],因为Pb(II)可溶于该电解质组合,这增强了PbO 2电极的可逆性(图 4c)。然而,PbO 2正极在重复充放电过程中面临着结构和形态的变化(图 4 d-f)。PbO 2 /AC AEC可用作电力管理的高功率储能装置。PbO 2 /AC AECs的优越优势在于 AC 负极的低工作电位 [−0.5 V vs. 饱和甘汞电极 (SCE)] [ 58 , 60 ](图 4 )c),充电时可实现 2.4 V 的最高电压。从技术角度来看,PbO 2 /AC AEC 的制造挑战在于 AC 电极的集流体,因为使用高度腐蚀性的 H 2 SO 4溶液作为集流体。电解质。对于薄膜设计,由于铅的柔软性,铅基合金可能不适合作为集流体。因此,涂有惰性SnO 2  + Sb 2 O 5中间层的钛已在许多研究中用作PbO 2电极的集流体[ 60 , 62 , 63 , 64 , 65 ]]。PbO 2 /AC AEC 由于其相对较高的功率密度,在高功率应用中的使用是有前景的。然而,存在技术障碍,例如需要耐用的PbO 2正极和稳定的负极集流体。
 

1.铅炭电池的特点

铅炭电池是一种使用碳棒和铅棒作为电极材料的电池,其中碳棒是正极,铅棒是负极。它使用硫酸和水为电解质,在放电过程中产生稳定的电压。

铅炭电池具有体积小、重量轻、寿命长、自放电率低的优点,适用于需要低电流输出和长时间使用的场景,如手电筒、遥控器、收音机等。

2.铅酸电池的特点

铅酸电池是一种使用铅板和氧化铅作为电极材料的蓄电池,其中铅板是负极,氧化铅是正极。它使用浓硫酸为电解质,在放电过程中产生电能。

铅酸电池具有输出电流大、容量大、存储能量高的优点,适用于需要高电流输出和短时间使用的场景,如汽车启动、UPS电源、太阳能储能系统等。

3.铅炭电池的解决方案

由于铅炭电池的自放电率较低,所以长期存储时不易损坏。但如果因为长期不用而导致电池失效,可以采取以下措施:

  • 定期进行放电和充电,保持电池通电状态。
  • 存放在阴凉干燥处,避免接触潮湿环境。
  • 使用适合的充电器对其进行补充充电。

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