Perdita precoce di capacità delle batterie al piombo (PCL-3) - solfatazione irreversibile dell'elettrodo negativo

La ricerca mostra che: A velocità di scarica diverse, la distribuzione di PbSO4 generato dall'elettrodo negativo è diversa. A velocità di scarica basse (< 0,5 C20), i cristalli di PbSO4 sono distribuiti uniformemente all'interno della piastra e le particelle di cristallo sono relativamente grossolane, mentre a velocità di scarica elevate (> 4 C20), le particelle di cristalli di cristalli di PbSO4 sono piccole e dense sulla superficie del piatto. Secondo il meccanismo di maturazione di Ostwald, i piccoli cristalli di solfato di piombo tendono a trasformarsi in cristalli grossolani di solfato di piombo mediante ricristallizzazione sotto l'azione di specifica energia superficiale. Questo cristallo grossolano di solfato di piombo è difficile da caricare e trasformare a causa della sua bassa solubilità, formando "solfazione irreversibile". L'effetto della solfatazione irreversibile: la durata in condizioni di scarica profonda a bassa corrente, la durata in condizioni di scarica a corrente elevata e ad alta potenza e la durata in condizioni di scarica insufficiente a lungo termine limitano seriamente le condizioni di applicazione e la durata di servizio delle batterie al piombo-acido .
La solfatazione irreversibile è ulteriormente aggravata dal restringimento della superficie specifica del piombo spugnoso durante il ciclo.
In quanto sostanza attiva, il piombo spongiforme negativo si restringerà continuamente sotto l'azione dell'energia superficiale specifica durante cariche e scariche ripetute, che è un processo irreversibile. L'apertura della piastra sarà maggiore di quella del ritiro superficiale, il che è più favorevole alla formazione di cristalli di solfato di piombo più grossolani, portando all'intensificazione del processo irreversibile. La soluzione alla solfatazione dell'elettrodo negativo consiste nell'utilizzare tensioattivi (lignina, acido umico) per inibire il ritiro della superficie della sostanza attiva. Le particelle di solfato di piombo sono state raffinate dal nucleo cristallino di solfato di bario. Aggiungi nerofumo, grafite, ecc. Per aumentare la conduttività elettrica, "chiamato agente anti-espansione".
Tensioattivi: lignina, acido umico, ecc.
Principio: utilizzando l'adsorbimento superficiale della lignina, l'area superficiale specifica del piombo spugna viene aumentata quando PbSO4 viene ridotto a piombo spugna. Difetti: In un ambiente acido, si verificherà l'idrolisi, l'ossidazione avverrà durante la ricombinazione dell'ossigeno e l'idrolisi dell'idrogeno avverrà durante la carica, con conseguente perdita di durata del ruolo della lignina e inizierà a guastarsi a circa 200 cicli. Maggiore è la temperatura, più veloce è la velocità di decomposizione.

Il complesso meccanismo del materiale di carbonio nell'elettrodo negativo

A causa della complessa struttura dei materiali in carbonio, anche il meccanismo d'azione dei materiali in carbonio nell'elettrodo negativo è molto complesso.
Il meccanismo d'azione dei materiali di carbonio nell'elettrodo negativo è riassunto in processi fisici e chimici:
Processi fisici: conduttività elettrica, capacità a doppio strato, effetto area superficiale (utilizzo) mantengono un'area superficiale specifica durante la carica e la scarica.
Processo chimico: i materiali a base di carbonio possono catalizzare la conversione di Pb2+ in Pb (elettrocatalisi).
L'elettrodo negativo è facile da solfatare e l'elettrodo positivo è raramente solfatato, poiché il volume della spugna di piombo negativa cambia notevolmente durante la conversione del solfato di piombo, che fornisce uno spazio favorevole per la crescita dei cristalli di solfato di piombo e i materiali di carbonio possono riempirsi il vuoto per generare impedimento sterico.
Nel processo di carica, il materiale di carbonio elettrochimicamente attivo ha un effetto elettrocatalitico sulla riduzione di PbSO4 nell'elettrodo negativo e la tensione di carica viene ridotta di circa 200~300 mV. Ulteriori ricerche hanno scoperto che il processo di cristallizzazione della riduzione di Pb2+ si è verificato contemporaneamente sulla superficie del materiale di carbonio e sulla superficie del piombo, rendendo il materiale di carbonio e il piombo della spugna collegati in un tutt'uno, la corrente sulla superficie del materiale di carbonio può ridurre la densità di corrente della piastra, riducono la polarizzazione e promuovono la riduzione del solfato di piombo, chiamato "meccanismo parallelo" durante la carica.

Carbone nero

Effetti: (1) Si ritiene generalmente che la conduzione del nerofumo possa favorire la conversione del solfato di piombo; (2) Adsorbimento della trave di equilibrio; (3) L'azienda giapponese di batterie per l'accumulo di energia ha aumentato la quantità di nerofumo di 10 volte rispetto alla quantità convenzionale e ha scoperto di avere ottime prestazioni in stato di carica parziale ad alta velocità; (4) Lo studio di Pavlov ha scoperto che il nerofumo potrebbe cambiare la struttura dello scheletro del piombo spugna, e troppo nerofumo verrebbe incorporato nel piombo spugna ma ridurrebbe la conduttività dello scheletro del piombo spugna. Difetti: (1) Un dosaggio eccessivo fuoriuscirà dalla piastra, provocando un microcortocircuito; (2) Un dosaggio eccessivo distrugge la struttura scheletrica della spugna di piombo, provocando la formazione di melma dell'elettrodo negativo. (3) L’eccessiva evoluzione dell’idrogeno è grave. Funzione del carbone attivo: (1) Il carbone attivo ha un'elevata area superficiale, una capacità a doppio strato elettrico relativamente elevata, può formare un supercondensatore asimmetrico con biossido di piombo positivo, prestazioni ad alto ingrandimento; (2) La ricerca di Pavlov mostra che durante il processo di carica, i dendriti di piombo crescono sulla superficie del carbone attivo e formano una struttura a scheletro di finitura con piombo spugnoso, che favorisce la carica e la scarica dei condensatori a doppio strato. (3) Il nostro studio ha rilevato che la morfologia di crescita dei dendriti di piombo è diversa con diverse strutture di carbone attivo e la cristallinità dei microcristalli grafitici che costituiscono il carbone attivo e la regolarità dei difetti superficiali sono più elevate, con elevata cristallinità, buona conduttività elettrica e regolarità, che è più favorevole alla formazione di dendriti lamellari più alti della superficie, che favorisce la reversibilità del ciclo dell'elettrodo. Difetti: (1) Il carbone attivo è una struttura dei pori interni con un'elevata superficie specifica e un elevato punto attivo di sviluppo dell'idrogeno, quindi non è facile regolare il potenziale di sviluppo dell'idrogeno; (2) La deposizione di piombo bloccherà il foro e la capacità del doppio strato elettrico decadrà gradualmente con il progresso del ciclo; (3) La struttura porosa ha una forte capacità di assorbimento ed effettua un adsorbimento irreversibile della lignina nell'elettrodo.

grafite

Effetti: (1) J. Settelein studiò la cristallizzazione dei dendriti di piombo sulla superficie della grafite espansa e della grafite sferica e scoprì che la grafite espansa era più favorevole alla crescita dei dendriti di piombo; (2) Karel Micka ritiene che la grafite abbia un effetto di resistenza nell'elettrodo negativo, che può inibire la crescita dei cristalli di solfato di piombo; (3) Abbiamo studiato la crescita dei dendriti di piombo della grafite sferica e della grafite in scaglie naturali e abbiamo scoperto che la grafite in scaglie naturali è più favorevole alla formazione di dendriti lamellari con buona dispersione, mentre i dendriti sulla superficie della grafite sferica formano una struttura di rivestimento attorno la superficie della grafite sferica, che non favorisce il miglioramento della superficie della spugna di piombo. Difetti: (1) inferiore alla superficie, nessun effetto di capacità; (2) La particella è spessa, la densità è elevata, il dosaggio è elevato e l'effetto della superficie non è evidente.

Nanotubi di carbonio (focus sulla ricerca)

Funzioni: (1) I nanotubi di carbonio sono materiali bidimensionali con elevata conduttività e lungo percorso conduttivo, che favorisce il miglioramento della conduttività dell'elettrodo. (2) Gli studi hanno dimostrato che l'aggiunta di nanotubi di carbonio all'elettrodo negativo può migliorare l'accettazione della carica e, allo stesso tempo, è più favorevole alla formazione di particelle fini di cristalli di solfato di piombo durante la scarica.
Difetti: (1) difficoltà di dispersione; (2) Il prezzo è relativamente alto.

Grafene (hotspot di ricerca)

Funzioni: (1) materiale bidimensionale con eccellente conduttività elettrica;
(2) Eccellente conduttività elettrica, la gamma di radiazioni che inducono la crescita dei dendriti di piombo è più ampia;
(3) L'adsorbimento reversibile della lignina era formato da una struttura planare bidimensionale;
(4) L'effetto sterico sul solfato di piombo è più significativo;
(5) Più evidente dell'effetto superficie.
Difetti: (1) la sovrapotenziale di evoluzione dell'idrogeno deve essere ulteriormente inibita; (2) I costi di produzione devono essere ulteriormente ridotti.