現(xiàn)階段,針對(duì)全球日趨嚴(yán)重的環(huán)境污染,以美日歐為主的工業(yè)先進(jìn)國(guó)家,莫不積極投入大量資金及資源開(kāi)發(fā)電動(dòng)車(chē)輛,然而電動(dòng)車(chē)輛能否商業(yè)化成功,關(guān)鍵在動(dòng)力電源;就目前可供選擇的多種電池動(dòng)力電源中,從性能、價(jià)格、技術(shù)成熟度、額定電壓(鉛酸蓄電池為2V、鎳鎘/鎳氫/鎳鐵電池等為1.2V、鋰離子/鋰高分子電池為3.6V)等多項(xiàng)因素綜合考慮結(jié)果,以鉛酸蓄電池最實(shí)用,但作為電動(dòng)車(chē)輛動(dòng)力電源,電池必須具有高能量密度及長(zhǎng)循環(huán)使用壽命兩大特點(diǎn),而此又為現(xiàn)階段鉛酸蓄電池存在的主要課題,故各國(guó)莫不持續(xù)投入大量研發(fā)工作,試圖從鉛酸蓄電池的材料、結(jié)構(gòu)、制造方法等方面著手,期待鉛酸蓄電池在能量密度及循環(huán)使用壽命方面,能有突破性重大改善,以因應(yīng)目前交通/運(yùn)輸、通訊、能源/備用電源等領(lǐng)域的需求。
第一節(jié) 電解液添加劑
基于使用電解液添加劑,具有可以不必改變電池制程、附加成本低、效果佳等優(yōu)點(diǎn),且一般而言,電解液中若加入適當(dāng)種類(lèi)及含量的添加劑,不僅不會(huì)引起電池電容量及放電性能惡化,更能提高電池低溫特性及電容量,故長(zhǎng)久以來(lái)各國(guó)均積極研制各種類(lèi)型添加劑,作為提高電池性能、延長(zhǎng)電池循環(huán)使用壽命的主要途徑之一。
目前常被使用作為鉛酸蓄電池電解液的添加劑,主要計(jì)有堿金屬或堿土金屬鹽類(lèi)(可以顯著提高電池電容量的恢復(fù)能力及充電接受能力、抑制PCL現(xiàn)象的發(fā)生等;例如Li+、Na+、K+、Mg+、Ca2+及其它相應(yīng)的硫酸鹽等)、Al3+、ClO4—、Sn2+、Cd2+、Co2+、H3PO4及其它無(wú)機(jī)離子或無(wú)機(jī)鹽等;其中Na2SO4、MgSO4、SnSO4、CoSO4、(NH4)2SO4、H3PO4、(NH4)2Cr4O7、C8F14SO3NH4等,均是當(dāng)前投入較多 研究 資源的添加劑種類(lèi)。
此外,以碳素懸浮液作為鉛酸蓄電池電解液的添加劑,是新近的 研究 開(kāi)發(fā)方向;此碳素懸浮液是以水溶液(包括純水、稀硫酸水溶液、或其它添加了對(duì)鉛酸蓄電池?zé)o不良影響之少量電解質(zhì)的水溶液)作為電解液,碳素材料為陽(yáng)極,在水溶液中外加直流電壓并慢慢增大電流,當(dāng)達(dá)到某電流值時(shí),陽(yáng)極周?chē)龀鲮F狀碳素粉末,并懸浮在水溶液中呈膠狀懸浮液;當(dāng)電解液添加碳素懸浮液作為添加劑時(shí),電解液呈現(xiàn)黑濁狀態(tài),正負(fù)極板間雖有短路的顧慮存在,然而實(shí)際的情狀是當(dāng)外加電壓(充電)時(shí),懸浮的碳素粉末會(huì)被正極板吸引而電沈積,電解液回復(fù)成原來(lái)的澄清透明狀態(tài),故并無(wú)短路之虞,反之,當(dāng)外加電壓(充電)時(shí),若碳素粉末無(wú)法被吸附在正極板上(電解液無(wú)法由黑濁狀態(tài)回復(fù)為澄清透明狀態(tài)),即表示該鉛酸蓄電池已嚴(yán)重失效、無(wú)法再充電使用時(shí)。
第二節(jié) 有效抑制電解液減少的添加劑
當(dāng)鉛酸蓄電池的正極柵板使用鉛-銻合金而不是使用鉛-鈣合金時(shí),電池的電解液會(huì)有顯著減少的現(xiàn)象,探討其主要原因在于正極柵板若采用鉛-銻合金,則充電時(shí)銻會(huì)由正極柵板溶解到電解液中形成銻離子,并移動(dòng)到負(fù)極柵板在負(fù)極活性物質(zhì)上析出,使得負(fù)極柵板的氫過(guò)電壓降低,促進(jìn)氫氣發(fā)生并造成電解水分損失,為此,常在電解液中添加香草醛等醛基酚類(lèi)有機(jī)物,促使銻在負(fù)極柵板被醛基吸附,有效抑制電解水分損失。然而值得一提的是,隨著蓄電池長(zhǎng)期使用(充放電次數(shù)增加),醛基酚類(lèi)有機(jī)物抑制電解水分損失的效果將會(huì)下降,而鉛酸蓄電池的充放電效率亦因負(fù)極柵板吸附大量醛基酚類(lèi)有機(jī)物而降低。
第三節(jié) 負(fù)極添加劑
鉛酸蓄電池于低溫下普遍有充電接受力/效率低的缺點(diǎn),而鉛酸蓄電池的低溫性能主要決定于負(fù)極,因此,針對(duì)負(fù)極添加劑(例如碳黑、木素、木素纖維素、BaSO4等)方面的研發(fā),顯得相當(dāng)活絡(luò);另生產(chǎn)負(fù)極板時(shí)常使用的抗氧化劑為松香、1,2酸、沒(méi)食子酸等,但此些抗氧化劑普遍存有一些缺點(diǎn),故以油類(lèi)(價(jià)格便宜、無(wú)毒、符合環(huán)保要求)作為抗氧化劑的 研究 亦不少,據(jù)文獻(xiàn)顯示,使用合成油時(shí),電池的抗氧化效果較沒(méi)食子酸佳,且充電性能大幅提高。此外,已有文獻(xiàn)報(bào)導(dǎo)顯示,鉛酸蓄電池柵板合金中若添加0.02%的鉍,可有效提高鉛酸蓄電池電容量,充電接受能力及循環(huán)壽命等性能。
第四節(jié) 正極添加劑
近年來(lái)正極添加劑方面的 研究 ,主要有4大方向,分別為(1)提高活性物質(zhì)的孔率及導(dǎo)電性;(2)提高鉛膏的存水能力及穩(wěn)定性;(3)改變二氧化鉛的結(jié)晶型態(tài);(4)加強(qiáng)質(zhì)子H+的傳導(dǎo)。
(1)提高活性物質(zhì)的孔率及導(dǎo)電性:相關(guān) 研究 方向,包括在鉛酸蓄電池正極活性物質(zhì)中添加碳黑、石墨、乙炔黑、CMC、鈉鹽、鉀鹽、鋰鹽、MgSO4、CaSO4、SnO、Bi2O3、SnO和Bi2O3的混和物等,以提高活性物質(zhì)的孔率及導(dǎo)電性。
(2)提高鉛膏的存水能力及穩(wěn)定性:相關(guān) 研究 包括添加CMC和碳黑以增加鉛膏的存水能力,及添加纖維使活性物質(zhì)的機(jī)械性能穩(wěn)定,有效提高了鉛酸蓄電池循環(huán)壽命等性能。
(3)改變二氧化鉛的結(jié)晶型態(tài): 研究 方向包括使用復(fù)合添加劑促進(jìn)-PbO2和活性物質(zhì)的微細(xì)化,除了能使正極電容量提高外,更有利于活性物質(zhì)和電極柵板的結(jié)合定,有效提高了鉛酸蓄電池循環(huán)使用壽命等性能。相關(guān)方法為將Pb3O4和鉛混合、高溫固化后得到的4PbO-PbSO4膏制成正極柵板,結(jié)果活性物質(zhì)中的-PbO2含量顯著增加;或使用適量的氟塑料、纖維素鹽和乙炔黑來(lái)改變/-PbO2的比例。
(4)加強(qiáng)質(zhì)子H+的傳導(dǎo):鑒于涂膏式鉛酸蓄電池正極的放電速度,決定于活性物質(zhì)微孔中的H+擴(kuò)散條件,促進(jìn)微孔中的H+濃度迅速達(dá)到平衡,可顯著提高鉛酸蓄電池正極的放電容量;為此, 研究 方向包括使用RSO3H、BD等作為正極活性物質(zhì)添加劑,可有效提高電池電容量及正極活性物質(zhì)利用率。
第五節(jié) 降低高溫浮充電流值的添加劑
密閉式鉛酸蓄電池在高溫浮充(備用)使用時(shí),充電電流增大,會(huì)使蓄電池溫度急遽上升,發(fā)生電解液減少及正極柵板腐蝕的現(xiàn)象,從而降低鉛酸蓄電池的循環(huán)使用壽命,甚至發(fā)生熱失控,致使電池爆裂的情況;根據(jù)
研究
文獻(xiàn)顯示,目前已有將分子內(nèi)具有游離基聚合可能的雙鍵反應(yīng)性表面活性劑,當(dāng)作添加劑添加到負(fù)極活性物質(zhì)中,或負(fù)極活性物質(zhì)與電解液中,由于反應(yīng)性表面活性劑增大海綿狀鉛比表面積的作用較以往常添加的木素小,故當(dāng)負(fù)極的充電過(guò)電壓升高時(shí),能較木素更有效的降低充電電流值。
免責(zé)申明:本文僅為中經(jīng)縱橫 市場(chǎng) 研究 觀點(diǎn),不代表其他任何投資依據(jù)或執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)等相關(guān)行為。如有其他問(wèn)題,敬請(qǐng)來(lái)電垂詢(xún):4008099707。特此說(shuō)明。
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