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分级多孔碳材料的制备及其在铅炭电池中的应用

【摘要】:储能和电动汽车产业的发展对电池的性能提出了更高的要求,传统的铅酸电池无法满足这些新兴领域对高性能电池的需求。铅炭电池兼具铅酸电池和超级电容器的优点,具有成本低、大电流放电性能好、安全性好、低温性能好、易于回收等特点,是储能和电动车领域的理想选择。铅炭电池中碳材料的种类和添加量对铅炭电池的性能起到了决定性作用,分级多孔碳材料因为其高的比表面积和分级多孔的结构,理论上能有效的提高铅炭电池的性能。本论文提出了一种易于工业化生产,能有效提高铅炭电池性能的三维分级多孔碳材料的制备方法,探讨了碳材料孔结构对铅炭电池性能的影响,研究了分级多孔碳材料在铅炭电池中的作用机制,对添加了商业稻壳碳材料(RHC)的铅炭电池进行了中试实验,研究了 RHC在富液式成品铅炭电池中的应用。(1)以竹叶作为生物质炭源,竹叶中天然的纳米SiO2作为模板,通过预炭化、NaOH刻蚀、KOH活化的方法制备得到高比表面积的竹叶基分级多孔碳(BLHPC)材料。研究表明:BLHPC具有良好的电容特性,在0.5·A·g-1电流密度下BLHPC的比电容高达252·F·g-1。更重要的是将BLHPC添加到铅炭电池负极中时,电池表现出优异的循环性能,其在部分荷电态下循环超过了 55000周。(2)研究了分级多孔碳材料在铅炭电池负极中的作用机制。选取商业稻壳碳材料(RHC)与竹叶基分级多孔炭(BLHPC)进行对比,研究发现,分级多孔碳材料中孔的协同作用是提升铅炭电池性能的关键,且高的比表面积能为铅的沉积提供更多的活性位点,更利于电解液与活性物质的接触。(3)研究了稻壳碳材料RHC在富液式铅炭电池中的应用,在企业生产线上进行规模化中试生产(1吨),并与传统电池进行对比测试分析,结果表明,铅炭电池表现出更好的大电流充放电性能和低温性能,该研究成果已经应用到实际生产。

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