石墨烯基碳材料在铅碳电池中的应用研究

摘要

在能源紧张和环境危机的双重压力下,节约能源并且环境友好的混合动力车应运而生。铅碳电池具有价格低廉,HRPSoC模式下循环性能好等优点,是混合动力车车载电源的选择之一。铅碳电池负极板内混合的碳材料可以作为“缓冲器”,能够抑制负极板硫酸盐化。
　　本文首先探讨了六种石墨烯材料的掺入对铅碳电池性能的影响。不同反应条件下制备出的膨化石墨烯(AGS)及石墨烯纳米片(BGS)以不同的比例和方式掺入负极中制备出电池,并对其性能进行了表征,结果表明这六种石墨烯材料对电池性能均有积极的影响,但影响程度有所不同。实验结果表明,掺入0.2％AGS-1材料的电池循环性能最好,达到12557次,将BGS直接混合入负极铅膏中制备出的电池最高循环次数达到12194次。
　　鉴于石墨烯材料对铅碳电池性能有着积极影响,在完成石墨烯单独掺入铅碳电池的基础上,进行了石墨烯与活性炭或介孔碳复配后添加入铅碳电池的研究,其中包括石墨烯和活性炭混合添加,以及石墨烯包覆活性炭(AC@GNS)和石墨烯包覆介孔碳(CMK-3@GNS)的添加。结果表明,以上两种复配方式制作出的电池循环性能及充电接受能力与普通铅酸电池相比均有所提高,其中0.2%的AC-1和0.2%的AGS-4混合掺入的电池循环次数达到6230次,含量为0.5%的CMK-3@GNS电池循环了5986次,掺入0.5%的AC@GNS电池循环了7360次。
　　考察了有效碳添加剂和无效碳添加剂铅碳电池负极的单电极电势和阻抗行为随HRPSoC循环的演变过程,并将其分解成各个电极基本过程进行分析,从而探讨铅碳电池中碳添加的作用机理。分析表明,有效碳添加剂的加入首先起到了维持负极电化学活性的作用,保证金属铅和硫酸铅之间氧化还原反应的顺利进行,其次抑制了坚硬粗大硫酸铅晶粒的积累,长期维持小晶粒、高活性的硫酸铅的形成,同时延缓了扩散状况的恶化,提高了循环性能。

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第1章 绪 论

1.1 研究的目的和意义

1.2 铅酸电池概述

1.3 铅酸电池负极研究概述

1.4 铅碳电池概述

1.5 石墨烯材料概述

1.6 课题来源及主要研究内容

第2章 实验材料和实验方法

2.1 实验材料

2.2 实验仪器

2.3 电极制备及电池组装

2.4 测试方法

第3章 石墨烯作为碳添加剂的铅碳电池性能研究

3.1普通铅酸电池的性能研究

3.2 添加膨化石墨烯（AGS）的铅碳电池性能研究

3.3 添加石墨烯纳米片（BGS）的铅碳电池的性能研究

3.4 本章小结

第4章 添加石墨烯复配材料的铅碳电池性能研究

4.1 混合添加石墨烯与活性炭的铅碳电池性能研究

4.2 添加石墨烯包覆活性炭材料的铅碳电池性能研究

4.3 添加石墨烯包覆介孔碳材料的铅碳电池性能研究

4.4 本章小结

第5章 碳材料作用机理的研究

5.1 有效碳添加剂铅碳电池的电化学特征

5.2 无效碳添加剂铅碳电池的电化学特征

5.3 碳添加剂作用机理的讨论

5.4 本章小结

结 论

参考文献

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致谢