铅炭电池活性炭材料介绍

超级电容器电极材料——活性炭碳材料由于具有成本低､⽐表⾯积⼤､孔隙结构可调､制备电极的⼯艺简单等特点,在研究EDLC的开始,⼈们就考虑使⽤碳材料作为其电极材料｡⽬前,应⽤于 EDLC的碳材料主要有活性炭､碳纳⽶管和炭⽓凝胶｡活性炭(activated carbon,AC)是EDLC使⽤最多的⼀种电极材料,它具有原料丰富､价格低廉､成形性好､电化学稳定性⾼､技术成熟等特点｡活性炭的性质直接影响EDLC的性能,其中最为关键的⼏个因素是活性炭的⽐表⾯积､孔径分布､表⾯官能团和电导率等｡⼀般认为活性炭的⽐表⾯积越⼤,其⽐电容就越⾼,所以通常可以通过使⽤⼤⽐表⾯积的活性炭来获得⾼⽐电容｡但实际情况却复杂得多,⼤量研究表明,活性炭的⽐电容与其⽐表⾯积并不呈线性关系,影响因素众多｡实验表明,清洁⽯墨表⾯的双电层⽐容为 20µF/cm2左右,如果⽤⽐表⾯积为2860m2/g的活性炭作为电极材料,则其理论质量⽐容应该为572F/g,然⽽实际测得的⽐容仅为130F/g,说明总⽐表⾯积中仅有22.7%的⽐表⾯积对⽐容有贡献｡国际纯粹与应⽤化学联合会(IUAPC)将多孔材料的孔隙分为微孔( <2nm)､中孔(2～50nm)和⼤孔(>50nm)三类｡EDLC主要靠电解质离⼦进⼊活性炭的孔隙形成双电层来存储电荷,由于电解质离⼦难以进⼊对⽐表⾯积贡献较⼤的､孔径过⼩的超细微孔,这些微孔对应的表⾯积就成为⽆效表⾯积｡所以除了⽐表⾯积外,孔径分布也是⼀个⾮常重要的参数,⽽且不同电解质所要求的最⼩孔径是不⼀样的｡Gsalirta等研究了⼏种不同孔结构的活性炭在LiCl､NaCl和KCl的⽔溶液及 LiBF4和 Et4NBF4的PC溶液中的双电层电容性能后证实了上述结论｡提⾼活性炭的⽐表⾯积利⽤率,进⽽提⾼其⽐容的有效⽅法是增⼤活性炭的中孔含量｡LeeJniwoo等运⽤模板法制备了⽐表⾯积为1257m2/g的中孔碳,其平均孔径为2.3nm,制成电容器后不论在⽔系还是有机电解质中其⽐容都明显⼤于分⼦筛炭｡另外,D.Y.Qu等的研究表明,增⼤中孔的含量,还可以明显提⾼EDLC的功率密度,因为孔径越⼤,电化学吸附速度越快,这说明孔径较⼤的碳材料能满⾜快速充放电的要求,适合制备⾼功率的电容器｡另外,孔径分布对EDLC的低温容量也有影响,具有更多纳⽶以上孔径的碳电极其低温容量减⼩得更慢｡通过电化学氧化､化学氧化､低温等离⼦体氧化或添加表⾯活性剂等⽅式对碳材料进⾏处理,可在其表⾯引⼊有机官能团｡⼤量研究表明,表⾯有机官能团对EDLC的性能有很⼤影响｡⼀⽅⾯,有机官能团可以提⾼电解质对碳材料的润湿性,从⽽提⾼碳材料的⽐表⾯积利⽤率,同时这些官能团在充放电过程中还可以发⽣氧化还原反应,产⽣赝电容,从⽽⼤幅度提⾼碳材料的⽐容｡A.Y.Rychagov的研究证明表⾯官能团的赝电容效应对⽐电容的贡献有时可达50%以上｡另⼀⽅⾯,碳材料表⾯官能团对电容器的性能也存在负⾯影响,研究表明碳材料表⾯官能团含量越⾼,材料的接触电阻越⼤,从⽽导致电容器的ERS也就越⼤;同时,官能团的法拉第副反应还会导致电容器漏电流的增⼤;另外,碳材料电极表⾯含氧量越⾼,电极的⾃然电位越⾼,这会导致电容器在正常⼯作电压下也可能发⽣⽓体析出反应,影响电容器的寿命｡活性炭的电导率是影响EDLC充放电性能的重要因素｡⾸先,由于活性炭微孔孔壁上的碳含量随表⾯积的增⼤⽽减少,所以活性炭的电导率随其表⾯积的增加⽽降低;其次,活性炭材料的电导率与活性炭颗粒之间的接触⾯积密切相关;另外,活性炭颗粒的微孔以及颗粒之间的空隙中浸渍有电解质溶液,所以电解质的电导率､电解质对活性炭的浸润性以及微孔的孔径和孔深等都对电容器的电阻具有重要影响｡总之,活性炭具有原料丰富､价格低廉和⽐表⾯积⾼等特点,是⾮常具有产业化前景的⼀种电极材料｡⽐表⾯积和孔径分布是影响活性炭电化学电容器性能的两个最重要的因素,研制同时具有⾼⽐表⾯积和⾼中孔含量的活性炭是开发兼具⾼能量密度和⾼功率密度电化学电容器的关键｡。

收稿日期：２０１０－０４－２４作者简介：张浩（１９８１—），男，河南省人，博士后，主要研究方向为超级电容器与锂离子电池。

联系人：张浩，ｄｒ．ｈ．ｚｈａｎｇ＠ｈｏｔｍａｉｌ．ｃｏｍ炭材料在铅酸电池中的应用张浩，曹高萍，杨裕生(防化研究院，北京100191)摘要：超级电池与铅炭电池是两类具有高功率、长寿命性能的新型铅酸电池，其性能突破均是依靠将高比表面炭材料或炭电极用到铅酸电池中。

两种器件的关键技术也有相似之处：适合于硫酸电解液的高性能电容炭材料。

综述了近年来炭材料在铅酸电池中的应用进展，并对炭材料的作用机制进行讨论。

关键词：铅蓄电池；超级电池；铅炭电池；炭材料；改性中图分类号：ＴＭ９１２．９文献标识码：Ａ文章编号：１００２－０８７Ｘ（２０１０）０７－０７２９－０５Application of carbon materials in lead acid batteriesZHANG Hao,CAO Gao-ping,YANG Yu-sheng(Research Institute of Chemical Defense,Beijing 100191,China)Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｕｌｔｒａｂａｔｔｅｒｙａｎｄｌｅａｄ－ｃａｒｂｏｎｂａｔｔｅｒｙａｒｅｔｗｏｋｉｎｄｓｏｆｎｏｖｅｌｌｅａｄ－ａｃｉｄｂａｔｔｅｒｉｅｓｏｂｔａｉｎｉｎｇｈｉｇｈｐｏｗｅｒｄｅｎｓｉｔｙａｎｄｌｏｎｇｃｙｃｌｅｌｉｆｅ，ａｎｄｔｈｅｉｒｂｒｅａｋｔｈｒｏｕｇｈｉｎｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｒｅｌｉｅｓｏｎｔｈｅａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆｈｉｇｈｓｕｒｆａｃｅａｒｅａｃａｒｂｏｎｍａｔｅｒｉａｌｓｏｒｃａｒｂｏｎｅｌｅｃｔｒｏｄｅｓｉｎｔｏｔｈｅｌｅａｄａｃｉｄｂａｔｔｅｒｉｅｓ．Ｔｈｅｋｅｙｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｏｆｔｈｅｓｅｔｗｏｃｅｌｌｓｉｓｓｉｍｉｌａｒ：ｈｉｇｈｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｃａｐａｃｉｔｏｒｃａｒｂｏｎｍａｔｅｒｉａｌｓｓｕｉｔａｂｌｅｆｏｒＨ２ＳＯ４ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｔｅｓ．Ｔｈｅｐｒｏｇｒｅｓｓｏｆｔｈｅａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆｃａｒｂｏｎｍａｔｅｒｉａｌｓｉｎｌｅａｄ－ａｃｉｄｂａｔｔｅｒｉｅｓｗａｓｒｅｖｉｅｗｅｄａｎｄｔｈｅｍｅｃｈａｎｉｓｍｏｆｔｈｅｍｗａｓｄｉｓｃｕｓｓｅｄｉｎｔｈｉｓｐａｐｅｒ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｌｅａｄ－ａｃｉｄｂａｔｔｅｒｉｅｓ；ｕｌｔｒａｂａｔｔｅｒｉｅｓ；ｌｅａｄ－ｃａｒｂｏｎｂａｔｔｅｒｉｅｓ；ｃａｒｂｏｎｍａｔｅｒｉａｌｓ；ｍｏｄｉｆｉｃａｔｉｏｎ2009年8月，美国总统奥巴马宣布，拨款24亿美元支持美国48个项目发展“下一代电池和电动车”生产，其中用于电池及其材料生产的为15亿美元。

电容性活性炭在铅酸蓄电池的应用介绍【摘要】国内对于铅碳电池和超级电池的研究仍处于探索阶段，无论是铅碳电池还是超级电池，突破均是依靠将高比表面积的活性炭或者活性炭电极应用到蓄电池中，两种器件的关键技术也有相似之处。

本文介绍了Pd-C负极的试验进展及作用机理。

【关键词】铅酸蓄电池；活性炭；Pd-C负极数年来，炭材料便已经在铅酸蓄电池中作为添加剂使用，但是业内研究者对其作用机理一直没有形成统一的认识。

近年来，铅酸蓄电池已经大量应用在电动自行车上，在混合动力车上也有很大的应用前景，这就要求铅酸蓄电池就有更高的比功率和高功率放点下的寿命。

而随着近年来的研究，将高比功率特性的电容器与传统铅酸蓄电池进行融合进行了一系列的尝试，更深入的认识了炭材料在铅酸蓄电池中的作用机制，对这一方面展开的系统深入的研究具有重大的意义。

炭材料在作为负极的添加剂，有效改善电池的充放电性能，促进铅酸电池在电动汽车上的应用。

炭材料作为负极添加剂显著提升电池的性能，特别是在HEV 车的HRPSoC（半充电状态高倍率充放电）工况下效果更加显著，相信这项技术很快便会成为蓄电池厂商的标准制备工艺。

在HRPSoC工作条件下，铅酸电池中硫酸铅的沉积状况与其在深充深放或浮充条件下的状况不同。

用2C的速率对在50%～53%的充电状态下的电池进行循环充放电。

当电池每次循环的充放电终止电压在所设定的电压范围之内时，电池就一直进行充放电测试，当充电电压或者放电电压超出设定电压后，循环终止，算是完成一个循环。

每完成一组循环后，都对电池进行容量恢复，包括反复满充满放及过充操作。

尽管2C的倍率与HEV的需求相比并不高，但是发现极板失活的主要原因是硫酸铅的逐渐沉积，而且，通过对容量的恢复后的极板进行成分分析，表明电池极板经过该操作后仍无法消除硫酸铅沉积物。

当铅酸电池刚完成化成完毕时，硫酸铅含量较低，仅5%左右。

当放点至53%容量时，开始进行第一组循环充放电，硫酸铅含量的增加超过了15%，仍在可接受范围内。

活性炭的作用及相关知识介绍活性炭是一种经过特殊处理制成的一种多孔性吸附材料。

其原理是利用其丰富的孔道和表面积，吸附各种有机物质和气体，在环境保护、食品饮料、医药卫生等多个领域有着广泛的应用。

本文将详细介绍活性炭的定义和原理、分类、制备过程、应用领域、优缺点以及发展前景。

一、活性炭的定义和原理活性炭是指经过特殊处理制成的一种多孔性吸附材料。

由于其材料孔径范围广、比表面积大、孔隙结构具有多尺度特性等独特性质，使得其在各类有机化学反应和环境污染物治理中得到广泛应用。

活性炭具有吸附，催化，电导等多种性质，可分为吸附型、催化型、电导型等多种类型。

活性炭的原理是利用其丰富的孔道和表面积，吸附各种有机物质和气体。

清洗后的活性炭表面存在着大量的分子间空隙，能够大量吸附、储存及释放细胞壁和宿主细胞内的低分子化合物。

同时，具有强烈的亲水性，使得其在使用过程中与许多接触物质具有良好的亲和性。

二、活性炭的分类根据制备方法和用途不同，活性炭可分为吸附型、催化型、电导型等多种类型，具有不同的物理化学性质和应用范围。

1.吸附型活性炭吸附型活性炭是指利用各种原料，通过炭化和活化等基本工艺制成的多孔性物质。

其吸附能力在净化处理、保护环境、去除恶臭等方面有着广泛的应用。

此外，吸附型活性炭还包括高中温气体吸附型、样品萃取型、富锐型等不同种类。

2.催化型活性炭催化型活性炭是指采用酸碱状构、络合条件等方法制得的活性炭。

它可以利用活性炭上的原子、分子活性中心，对特定反应体系进行催化作用，具有一定的催化作用。

催化型活性炭包括酸硅炭、磷硅炭等不同种类。

3.电导型活性炭电导型活性炭是指共聚单体、聚合物等材料通过电解反应制成的具有电导性的活性炭。

此类活性炭可用于柔性电子器件、传感器等领域。

三、活性炭的制备过程活性炭制备的关键步骤包括原材料选择、炭化和活化等多个阶段，不同的制备方法可产生不同孔径大小和吸附性能的活性炭。

1.原材料选择在制备活性炭的过程中，一般采用木质、树木或在高温下加热的生物质等为主要原材料。

SPC-03RS铅炭电池活性炭材料介绍
陈家棋 xscarbon@
铅碳超级电池是一种将非对称型超级电容电极或材料和铅电极或材料并联组装在一个电池槽中构成的能量储存与转换装置，它不需要额外的电子控制，降低了系统成本。

铅碳超级电池经过很多科研人员的努力，历经了换代性的研究。

第一代为电池负极和电容负极两块负极板并联在电池内；第二代为将一块负极分为两部分，一半为电池板，一半为电容板，称内并负极；第三代为内层为原有电池极板，表面渗析一层炭做电容极，称内混负极。

福建省**炭业股份是一家从事活性炭研究、生产有近40年历史的国家级高新技术企业，专们从事高端活性炭材料的开发，拥有省级技术研发中心，研发实力较强，鑫森炭业与日本三菱化学、华南大学合作开发超级电容活性炭近十年，在国内技术领先，目前已建成1000吨铅炭电池炭材料生产线，具有完整的配套设施，贵司在铅炭电池技术研究领先，希望鑫森超级电容炭材料能为贵司铅碳电池项目产业化做配套，目前鑫森与**电源、**电池、**股份等厂家有合作。

第三代铅炭电池专用炭SPC-03RS电容活性炭规格：
（优点：容量大、导电性好、析氢少、寿命长、价格低）
指标单位SPC-03RS 分析方法
比表面积m²/g1500-1700 Tristar II 3020 细孔容积ml/g 0.6-0.8 Tristar II 3020 灰份% ＜0.5 GBT-12496.3
金属杂质Fe ppm ＜50 ASTM
电导率S/mm 0.3-0.35 四探针法
振实密度g/mL 0.30-0.40 参照GB5126-2006 目数D50 um 5.0-6.0 欧美克激光分析仪
模拟电容法
质量比电容F/g ＞140。

活性炭活性炭是一种由含碳材料制成的外观呈黑色，内部孔隙结构发达、比表面积大、吸附能力强的一类微晶质碳素材料。

活性炭材料中有大量肉眼看不见的微孔，１克活性炭材料中微孔的总内表面积可高达７００－２３００平方米，也就是说，在一个米粒大小的活性炭颗粒中，微孔的内表面积相当于一个大客厅内墙面的大小。

正是这些微孔使得活性炭能“捕捉”各种有毒有害气体和杂质。

一战期间，德军第一次运用毒气作战，世界上第一批用活性炭做成的防毒面具也应运而生。

随着以“室内空气污染”为标志的第三污染时期的到来，城市居民越来越向往和渴求纯净空气，各种活性炭产品正在走进千家万户。

据悉，我国科学家经过多年研究，研制出的块状无缝活性炭--活性金乌炭每块最大直径可达３４.８厘米，最大高度可达１２０厘米，是用粉状活性炭或其他含碳材料与特制粘合剂混合以后，在高温高压的条件下经过挤压和真空过滤的方法成型。

在成型过程中，粘合剂也被一同炭化并激活成活性炭，这种高纯度的成型活性炭的吸附值可以达到甚至超过军用活性炭的吸附能力。

甲醛、甲苯、二甲苯及氨气是车内空气污染的主要元凶，它们会对人体健康产生严重的威胁。

6月5日是世界环境日，由中国科协工程学会联合会公布的一项调查数据显示，93.82%的汽车内环境存在着不同程度的污染情况。

据有关统计，北京大约有202万辆机动车，公交车为1.3万辆，2004年五一期间，市内公交客运量9453.7万人次，郊区为1040万人次以上，加上地铁的客运人数，也就是说，每天至少有500万人次在车内不得不长时间饱受有害物质的侵害。

如何避免或减少车内污染是当前的热点问题，也是我们急需解决的问题。

空气清新剂清新推荐指数：★喷空气清新剂是一个治标不治本的方法，为业内人士所诟病。

中国科协工程学会联合会秘书长、高级工程师朱钟杰表示，空气清新剂不清新，其本身就可能是车内空气的污染源。

所谓空气清新剂去除污染只不过是借用芳香剂的味道一时去遮盖人们对异味的感觉，根本无法从本质上彻底消除有害气体。

活性炭知识一、简介活性炭是一种多孔的含碳性物质，包含有发达的孔隙结构，是一种非常优良的吸附剂，它是利用木炭、各种果壳椰壳和优质煤等作为原料，通过物理和化学方法对原料进行破碎、过筛、催化剂活化、漂洗、烘干和筛选等一系列工序加工制造而成。

它具有物理吸附和化学吸附的双重特性，可以有选择的吸附气相、液相中的各种物质，以达到脱色精制、消毒除臭和去污提纯等目的。

广泛应用于水处理、气体的分离精制、冰箱的除臭、金属的提取、军事防护和环境保护等各个领域。

二、活性碳的物理、化学性质1、物理特性：活性炭是一种多孔径的炭化物，有极丰富的孔隙构造，具有良好的吸附特性，它的吸附作用藉物理及化学的吸咐力而成的,其外观色泽呈黑色。

其成份除了主要的炭以外，还包含了少量的氢、氮、氧，其结构则外形似以一个六边形，由于不规则的六边形结构，确定了其多体积及高表面积的特点，每克的活性炭所具的有比表面相当于1000个平方米之多。

-2、活性炭化学性质稳定，能耐酸、碱，耐高温高压，因此适应性很广。

三、活性炭的吸附原理在其颗粒表面形成一层平衡的表面浓度，再把有机物质杂质吸附到活性炭颗粒内，使用初期的吸附效果很高。

但时间一长，活性炭的吸附能力会不同程度地减弱，吸附效果也随之下降。

如果水族箱中水质混浊，水中有机物含量高，活性炭很快就会丧失过滤功能。

所以，活性炭应定期清洗或更换。

四、活性碳的制备1、制备原料：活性炭可由许多种含炭物质制成，几乎所有含碳材料都可用来制备活性炭，这些物质包括木材、锯屑、煤、焦炭、泥煤、木质素、果核、硬果壳、蔗糖浆粕、骨、褐煤、石油残渣等。

其中煤及椰子壳已成为制造活性炭最常用的原炓。

很适用于气体活化法的原料是木炭、坚果壳炭、褐煤或泥炭制得的焦炭。

2、制备方法：活性炭的制造基本上分为炭化和活化两过程：第一过程，炭化，将原料加热，在170至600℃的温度下干燥，并使原有的有机物大约80％炭化。

第二过程是使炭化物活化，将第一步已炭化好的炭化料送入反应炉中，与活化剂和水蒸气反应，完成其活化过程，制成成品。

炭材料在铅炭电池中的作用机理及其研究进展宋云龙;朱卫民;陈苏祥;唐伟成【摘要】This paper introduces the characteristics and the application prospects of Pb-C batteries, analyzes the mechanisms of carbon materials in Pb-C batteries, and then discusses the key works of lead carbon technology and the main problems presently. At last the research progresses of carbon materials which are used in Pb-C batteries in recent years are reviewed.%文章简述了铅炭电池的特点及应用前景，对炭材料在铅炭电池中的作用机理进行了分析与讨论；介绍了铅炭技术的关键工作及当前面临的主要问题，讨论了炭材料改性等可行的解决方案；综述了近几年新型炭材料及其相应铅炭电池的研究进展。

【期刊名称】《蓄电池》【年(卷),期】2015(000)003【总页数】5页(P146-150)【关键词】炭材料;超级电池;析氢;复合材料;铅炭电池【作者】宋云龙;朱卫民;陈苏祥;唐伟成【作者单位】卧龙电气集团浙江灯塔电源有限公司，浙江绍兴312000;卧龙电气集团浙江灯塔电源有限公司，浙江绍兴312000;卧龙电气集团浙江灯塔电源有限公司，浙江绍兴312000;卧龙电气集团浙江灯塔电源有限公司，浙江绍兴312000【正文语种】中文【中图分类】TM912.9人们将炭材料用于铅酸蓄电池已经有数十年的历史了，但都是以添加剂的形式，所占质量分数较小，一般低于 0.5 %。

直到 2006 年 L. T. Lam 等[1]首次制备出铅炭超级电池，炭材料在铅酸蓄电池中的应用才逐渐被人重视，并开展了深入的研究[2-3]。

（一）活性炭是什么?活性炭是一种由含碳材料制成的外观呈黑色，内部孔隙结构发达、表面积大，吸附能力强的一类微晶质碳素材料。

它是一种常用的吸附剂、催化剂或催化剂载体，广泛应用于几乎所有的国民经济部门和人们的日常生活。

1. 活性炭分类－由于原料来源、制造方法、外观形状和应用场合不同,活性炭品种不下千种。

1.1 按原料来源分,可分为木质活性炭(如椰壳活性炭、杏壳活性炭、木质粉炭等)、矿物质原料活性炭(各种煤和石油及其加工产物为原料制成的活性炭)、其它原料制成的活性炭(如废橡胶、废塑料等制成的活性炭)。

1.2 按制造方法分，可分为化学法活性炭(化学炭)将含碳原料与某些化学药品混合后进行热处理，制取活性炭的方法叫化学法。

用化学法生产的活性炭又称为化学法活性炭或化学炭。

可以作为化学法的化学药品又称作活化剂，活化剂有氯化锌、氯化钙、碳酸钾、磷酸、磷酸二氢钾、硫化钾、硫酸、氢氧化钾、氢氧化钠、硼酸等，总之许多酸、碱、盐都可以用作活化剂，主要仍活性炭的性能和经济性来考虑采用何种活化剂。

一般说来，化学炭的孔隙中次微孔、中孔（即孔直径或孔宽大于1.5纳米的孔隙）较发达，主要用于液相吸附精制和溶剂回收的气相（蒸汽）吸附场合。

化学法制造活性炭由于加入了化学药品在制造过程中应当极其重视环境保护以及产品中可能存在微量非原料带入的元素的影响问题。

1.2.2 物理法活性炭以炭为原料用水蒸汽、二氧化碳、空气（主要是氧）或它们的混合物（烟道气）为活化介质，在高温下（600～1000℃）进行活化制取活性炭的方法叫物理法。

物理法制造的活性炭叫物理法活性炭，也称作物理炭。

一般说来物理炭的微孔（孔直径或孔宽小于1.5纳米的孔隙）发达，主要用于气相吸附场合或小分子液相吸附场合。

1.2.3 化学--物理法或物理--化学法活性炭在了解化学炭和物理炭的同时，还应当提及化学--物理法或物理--化学法活性炭。

选用不同的原料和采用不同的化学法与物理法的组合可以对活性炭的孔隙结构进行调控，仍而制取许多性能不同的活性炭。

铅酸电池用碳一用作铅酸电池添加剂的碳1 正极板的碳质添加剂1.1 石墨在各种常规碳材料中，石墨的耐氧化性较强。

据日本研究者报道，将0.1%—2.0%（质量分数）的石墨（纯度99.6%）加入到铅酸电池正极材料中，既增加了放电容量，还延长了寿命。

在电池化成过程中硫酸氢根嵌入石墨形成化合物，这增加了电极的孔隙率，一次改善了酸性溶液对电极板的侵润。

同时石墨的加入也使得放电时硫酸铅产物在极板不容厚度处分布的更为均匀。

另外，有报道称，正极放电容量的改善程度随石墨颗粒的增大而增大，这与碳材料添加剂粒径对负极性能的影响规律恰好相反。

正极加入碳材料的一个可能的作用机理是电渗析作用增强了电解液对电极板的侵润。

电渗析是指液体在电池作用下相对于带点表面的流动行为。

石墨加入正极材料后可被硫酸氢根离子嵌入内部，这增强了Zeta电位（指一个固液界面固体和液体之间的电位）。

由于铅酸电池电极材料处于正负极板间形成的电池之中，这满足了电渗析作用的条件，会带来电解液的流动，而电渗析流动速率与Zeta电位成正相关。

1.2 碳黑有研究在正极加入0.2%—1.0%（质量分数）的碳黑添加剂，结果显示，质量分数为0.2%的碳黑能改善正极的成型，对循环性能作用不大。

大约60%的碳黑在化成过程中被消耗，而剩下的也在最初几次循环后消失。

与不加碳黑相比，加入碳黑可增大化成工艺结束后α/β-PbO2的比率和氧化铅的总量，而这归因于加碳黑使得化成时极板电导率较高，而且PbO/α—PbO2界面较大，使得更多的PbO直接转化成α—PbO2。

因此，α—PbO2形成对应的低电压台阶别延长了。

而且，正极材料的形貌更加规则且多半由球状团体聚体组成，这也表明电极是在较温和、均匀的过饱和条件下，以及较低的电流密度下形成。

1.3 碳纤维在正极板内加入碳纤维的工作也有报道，电池的容量和寿命均提高。

碳纤维的作用机制可能也是为极板带来了孔隙，或者给活性物质提供了较好的机械支撑。

电容性活性炭在铅酸蓄电池的应用介绍作者：汪洋左孝为刘凤媛来源：《山东工业技术》2014年第03期【摘要】国内对于铅碳电池和超级电池的研究仍处于探索阶段，无论是铅碳电池还是超级电池，突破均是依靠将高比表面积的活性炭或者活性炭电极应用到蓄电池中，两种器件的关键技术也有相似之处。

本文介绍了Pd-C负极的试验进展及作用机理。

【关键词】铅酸蓄电池；活性炭；Pd-C负极数年来，炭材料便已经在铅酸蓄电池中作为添加剂使用，但是业内研究者对其作用机理一直没有形成统一的认识。

近年来，铅酸蓄电池已经大量应用在电动自行车上，在混合动力车上也有很大的应用前景，这就要求铅酸蓄电池就有更高的比功率和高功率放点下的寿命。

而随着近年来的研究，将高比功率特性的电容器与传统铅酸蓄电池进行融合进行了一系列的尝试，更深入的认识了炭材料在铅酸蓄电池中的作用机制，对这一方面展开的系统深入的研究具有重大的意义。

炭材料在作为负极的添加剂，有效改善电池的充放电性能，促进铅酸电池在电动汽车上的应用。

炭材料作为负极添加剂显著提升电池的性能，特别是在HEV车的HRPSoC（半充电状态高倍率充放电）工况下效果更加显著，相信这项技术很快便会成为蓄电池厂商的标准制备工艺。

在HRPSoC工作条件下，铅酸电池中硫酸铅的沉积状况与其在深充深放或浮充条件下的状况不同。

用2C的速率对在50%～53%的充电状态下的电池进行循环充放电。

当电池每次循环的充放电终止电压在所设定的电压范围之内时，电池就一直进行充放电测试，当充电电压或者放电电压超出设定电压后，循环终止，算是完成一个循环。

每完成一组循环后，都对电池进行容量恢复，包括反复满充满放及过充操作。

尽管2C的倍率与HEV的需求相比并不高，但是发现极板失活的主要原因是硫酸铅的逐渐沉积，而且，通过对容量的恢复后的极板进行成分分析，表明电池极板经过该操作后仍无法消除硫酸铅沉积物。

当铅酸电池刚完成化成完毕时，硫酸铅含量较低，仅5%左右。

铅炭电池用AC 材料(NP-10)1. 未掺杂AC 用于超级铅酸电池存在的问题普通商业活性炭材料由于析氢过电位低，用于铅酸电池会引起电池负极析氢加大，导致电池过度失水; 另外，析氢还会降低氧复合效率，可能引起电池热失控。

图1 普通AC2.0V 富液电池析氢及电流分布测试结果上图为未处理AC 材料组装的未掺杂AC 超级铅酸电池（NMUB ）析氢及充放电过程电极行为的测试结果，可以看出，未掺杂AC 电极析氢电流值很大，会使NMUB 充电过程中浪费大量充电能量，这可能导致Pb 负极欠充而PbO 2正极过充；静置时，Pb ，C 电极形成原电池，增大电池自放电；放电时，C 几乎放不出任何能量，无法起到缓解放电过程Pb 负极压力的作用。

2. NP-10 AC 复合材料性能NP-10可以有效降低活性炭的析氢过电位并通过赝电容作用增大炭材料容量。

此材料的优势在于，其掺入铅酸电池负极，在提升电池性能的同时，可以解决掺炭铅酸电池存在的析氢问题和自放电问题等。

图2 处理前后AC 电极表面及内部形貌 ( a. 未处理AC SEM 形貌, b. NP-10 SEM 形貌, c. NP-10 TEM 图)nano-PbNP-10复合材料铅酸电池负极工作电位范围内（-0.9V~-0.4V vs. SCE ）容量较未掺杂AC 提高43.1%；在高电位下析氢电流较未改性AC 材料降低约80%，与平板Pb 电极接近。

改性材料在0.1A/g 电流下的充放电容量较未掺杂AC 提高约50%。

从EIS 测试结果可以看出， Pb 掺杂没有改变AC 电极表面的析氢机理，析氢反应仍为脱附控制步骤，改性会增大AC 表面氢脱附阻抗，从而增大电极析氢过电位。

C u r r e n t (A g -1)Potential (V)C a p a c i t y (m A h /g )Cycle Times R R R CQ 1R Q Zre (ohm)NP-10EIS图3 NP-10 电化学性能测试结果表1 EIS 数据拟合结果R s (Ω)Q 1 (S ﹒sec n ) R 1 (Ω) C (F) R 2 (Ω)Q 2 (S ﹒sec n ) n R 3 (Ω)χ2AC 1.091 7.53E-6 10.06 0.0357 0.5826 0.0585 0.4148 187.3 2.36E-4 NP-10 1.0805 7.73E-415.92 0.1106 2.692 0.03740.3911 576.4 1.09E-43. NP-10组装电池性能采用NP-10复合AC 材料组装的一正两负（一Ｃ负极，一Pb 负极）2.0V 超级电池，较未改性AC 组装的超级铅酸电池（NMUB ）稳态析氢电流明显下降，充电过程C 电极不再因析气消耗大部分电能，充满电后通过其表面的电流逐渐趋于0；静置时Pb 与C 之间无内电流，不会引起额外的自放电现象；放电时C 亦能放出部分能量，达到保护负极的目的。

铅碳铅炭
铅炭电池是一种新型的二次电池，它的负极活性物质主要是铅及一些碳的复合物，正极活性物质为二氧化铅。

在充放电过程中，铅和二氧化铅之间进行转化。

在正极中，活性物质是二氧化铅，负极中的活性物质是铅、金属碳复合物，电解液是硫酸铅的溶液。

铅炭电池具有较高的能量密度和功率密度，其使用寿命也得到了极大的提高。

此外，铅炭电池还具有优良的可靠性和安全性，因此在电动车、电动自行车、储能系统等领域得到了广泛的应用。

铅炭电池是一种铅酸电池的升级版，它在保留了铅酸电池高能量密度、低成本和环保可再生等优点的基础上，实现了更高的性能指标。

铅炭电池的电化学性能稳定，可在-40℃至60℃的环境温度下工作，且安全性较高。

此外，铅炭电池的充电速度也得到了提高，可实现快速充电。

总之，铅炭电池是一种新型的二次电池，其负极活性物质主要是铅及一些碳的复合物，具有较高的能量密度、功率密度和可靠性，因此被广泛应用于电动车、电动自行车、储能系统等领域。

先进铅碳电池用功能化碳材料研发铅碳电池作为一种常见的电池类型，被广泛应用于电力供应、电动车辆等领域。

然而，常规的铅碳电池存在能量密度低、循环寿命短、环境友好性差等问题。

为了克服这些限制，科研人员开始研发先进铅碳电池，其中功能化碳材料被认为是一种潜在的解决方案。

本文将探讨先进铅碳电池用功能化碳材料的研发进展。

一、功能化碳材料简介功能化碳材料是指对碳纳米管、石墨烯等碳材料进行修饰、改性，赋予其特定的物理化学性质和功能的材料。

由于碳材料具有优良的导电性、化学稳定性和机械强度，功能化碳材料在先进电池领域具有广泛的应用前景。

二、功能化碳材料在先进铅碳电池中的应用1. 硫化碳纳米管（S-CNT）硫化碳纳米管是一种将硫原子连接到碳纳米管上的功能化碳材料。

在先进铅碳电池中，硫化碳纳米管可被用作负极材料。

其优势在于其高电导率和电化学活性，能够提高电池的能量密度和循环寿命。

2. 石墨烯氧化物（GO）石墨烯氧化物是一种在石墨烯上引入氧官能团的功能化碳材料。

在先进铅碳电池中，石墨烯氧化物可用作正极材料。

它具有良好的电化学性能和化学稳定性，能够提高电池的充放电效率和循环寿命。

3. 硫化石墨烯（SG）硫化石墨烯是一种将硫原子附着到石墨烯表面的功能化碳材料。

在先进铅碳电池中，硫化石墨烯被用作正极材料。

它具有高的电化学反应活性和导电性，能够提高电池的能量密度和循环寿命。

三、功能化碳材料改进先进铅碳电池的性能1. 提高能量密度功能化碳材料具有优良的导电性和电化学性能，能够增加电池的能量密度。

通过在铅碳电池中引入功能化碳材料，可以有效提高总体的能量存储能力，提供更长久的功率输出。

2. 延长循环寿命常规的铅碳电池存在着循环寿命短的问题，而功能化碳材料的引入可以改善这一局限。

碳材料在电极中具有良好的稳定性，能够延长电池的循环寿命，降低更换频率和维护成本。

3. 改善环境友好性常规的铅碳电池存在着环境污染的问题，而功能化碳材料相对更加环境友好。

铅酸电池的碳材料第一篇：铅酸电池的碳材料铅酸电池用碳一用作铅酸电池添加剂的碳正极板的碳质添加剂1.1 石墨在各种常规碳材料中，石墨的耐氧化性较强。

据日本研究者报道，将0.1%—2.0%（质量分数）的石墨（纯度99.6%）加入到铅酸电池正极材料中，既增加了放电容量，还延长了寿命。

在电池化成过程中硫酸氢根嵌入石墨形成化合物，这增加了电极的孔隙率，一次改善了酸性溶液对电极板的侵润。

同时石墨的加入也使得放电时硫酸铅产物在极板不容厚度处分布的更为均匀。

另外，有报道称，正极放电容量的改善程度随石墨颗粒的增大而增大，这与碳材料添加剂粒径对负极性能的影响规律恰好相反。

正极加入碳材料的一个可能的作用机理是电渗析作用增强了电解液对电极板的侵润。

电渗析是指液体在电池作用下相对于带点表面的流动行为。

石墨加入正极材料后可被硫酸氢根离子嵌入内部，这增强了Zeta电位（指一个固液界面固体和液体之间的电位）。

由于铅酸电池电极材料处于正负极板间形成的电池之中，这满足了电渗析作用的条件，会带来电解液的流动，而电渗析流动速率与Zeta电位成正相关。

1.2 碳黑有研究在正极加入0.2%—1.0%（质量分数）的碳黑添加剂，结果显示，质量分数为0.2%的碳黑能改善正极的成型，对循环性能作用不大。

大约60%的碳黑在化成过程中被消耗，而剩下的也在最初几次循环后消失。

与不加碳黑相比，加入碳黑可增大化成工艺结束后α/β-PbO2的比率和氧化铅的总量，而这归因于加碳黑使得化成时极板电导率较高，而且PbO/α—PbO2界面较大，使得更多的PbO直接转化成α—PbO2。

因此，α—PbO2形成对应的低电压台阶别延长了。

而且，正极材料的形貌更加规则且多半由球状团体聚体组成，这也表明电极是在较温和、均匀的过饱和条件下，以及较低的电流密度下形成。

1.3 碳纤维在正极板内加入碳纤维的工作也有报道，电池的容量和寿命均提高。

碳纤维的作用机制可能也是为极板带来了孔隙，或者给活性物质提供了较好的机械支撑。