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铅炭电池兼有铅酸蓄电池和超级电容器的优点,具有较好的低温性能、大电流放电性能和循环性能。由于铅炭电池在储能和动力电源等领域能替代铅酸蓄电池,很多企业和高校对铅炭电池开展了研究,但离真正的大规模产业化仍有一段距离。本文对碳材料进行了筛选,对铅炭负极板进行了初步的评价,选取最优的碳材料添加到负极板中,制作成铅炭电池,评价了铅炭电池产业化生产的可行性。通过化学沉淀法制备纳米氧化铅/碳复合材料和纳米碱式碳酸铅/碳复合材料,提高了生物质炭的析氢过电位,将其作为添加剂,进一步提高了铅炭电池的性能。同时,本文初步探索了碳材料在正极中的应用。(1)铅炭电池碳材料的选择及应用研究。对4种商品碳材料(生物质炭、炭黑、纳米碳管、石墨烯)进行了物化性质测试,结果表明:生物质炭的析氢过电位最高、比表面积最大、比电容最高。将4种碳材料以不同比例添加到负极板中,生物质炭添加量为1.0 wt.%和0.5 wt.%这两组配方容量最高。将生物质炭0.5wt.%配方引入到合作公司生产线制作成12 V/140 Ah铅炭电池,铅炭电池比铅酸蓄电池常温容量高6.88%,-18℃低温容量高8.47%,自放电(放置100天)为6.00%,国标(放置30天)为不大于15%,满足生产标准。(2)生物质炭的改性研究。采用化学沉淀法成功制备了纳米氧化铅/碳复合材料和纳米碱式碳酸铅/碳复合材料(以生物质炭为基底)。研究表明:负载的颗粒分布均匀、直径在200 nm以内,成分分别为氧化铅和碱式碳酸铅,负载量分别为56.41 wt.%和55.74 wt.%。两种复合材料的析氢电位均为-1.52 V(参比电极为汞/硫酸亚汞电极),氧化铅和碱式碳酸铅提高了生物质炭的析氢过电位。将两种复合材料以0.5 wt.%的比例添加入负极板,增加了极板放电容量。(3)探究碳材料添加剂对正极性能的影响。首先对4种商品碳材料(生物质炭、纳米碳管、木炭粉、石墨粉)进行了物化性质测试,结果表明:生物质炭的比表面积最大、析氧电位最高、粒径最小,木炭粉的导电性最差、比表面积最小、析氧电位最低、粒径最大。然后将4种碳材料以不同比例(1.0 wt.%、2.0 wt.%)添加到正极板中,进行容量、倍率性能的测试,结果表明:导电性良好的碳有利于正极板的化成,大颗粒碳被氧化后极板结构较为疏松,在大电流下能够使电解液及时进入正极板内部,提高正极板容量。