فقدان مبكر لقدرة بطاريات الرصاص الحمضية (PCL-3) - كبريتة لا رجعة فيها للقطب السالب

يوضح البحث أنه: عند معدلات التفريغ المختلفة، يختلف توزيع PbSO4 الناتج عن القطب السالب. عند معدلات التفريغ المنخفضة (<0.5C20)، تتوزع بلورات PbSO4 بشكل موحد داخل اللوحة، وتكون جزيئات البلورة خشنة نسبيًا، بينما عند معدلات التفريغ العالية (> 4C20)، تكون جزيئات بلورات PbSO4 صغيرة وكثيفة على السطح. من اللوحة. وفقا لآلية النضج أوستفالد، تميل بلورات كبريتات الرصاص الصغيرة إلى التحول إلى بلورات كبريتات الرصاص الخشنة عن طريق إعادة البلورة تحت تأثير طاقة سطحية محددة. يصعب شحن بلورة كبريتات الرصاص الخشنة هذه وتحويلها بسبب قابليتها المنخفضة للذوبان، مما يشكل "كبريتات لا رجعة فيها". تأثير الكبريتة التي لا رجعة فيها: الحياة في ظل حالة التفريغ العميق الحالية المنخفضة، والحياة في ظل حالة التفريغ الحالية العالية والطاقة العالية، والحياة تحت الشحن الزائد على المدى الطويل تقيد بشكل خطير حالة التطبيق وعمر الخدمة لبطاريات الرصاص الحمضية .
تتفاقم الكبريتات التي لا رجعة فيها بشكل أكبر بسبب انكماش السطح المحدد للرصاص الإسفنجي أثناء الدورة
كمواد فعالة، سوف يتقلص الرصاص الإسفنجي السالب بشكل مستمر تحت تأثير طاقة سطحية معينة أثناء الشحن والتفريغ المتكرر، وهي عملية لا رجعة فيها. ستكون فتحة اللوحة أكبر من فتحة انكماش السطح، وهو أكثر ملاءمة لتشكيل بلورات كبريتات الرصاص الخشنة، مما يؤدي إلى تكثيف العملية التي لا رجعة فيها. الحل لكبريتة القطب السالب هو استخدام المواد الخافضة للتوتر السطحي (اللجنين، حمض الدبالية) لمنع انكماش مساحة سطح المادة الفعالة. تم تكرير جزيئات كبريتات الرصاص بواسطة نواة بلورات كبريتات الباريوم. أضف أسود الكربون والجرافيت وما إلى ذلك لزيادة التوصيل الكهربائي، "يسمى عامل مضاد للتمدد".
المواد الخافضة للتوتر السطحي - اللجنين، وحمض الدبالية، وما إلى ذلك
المبدأ: باستخدام الامتزاز السطحي للجنين، تزداد المساحة السطحية المحددة للرصاص الإسفنجي عندما يتم تقليل PbSO4 إلى رصاص إسفنجي. العيوب: في البيئة الحمضية سيحدث التحلل المائي، وتحدث الأكسدة عند إعادة تركيب الأكسجين، والتحلل المائي للهيدروجين عند الشحن، مما يؤدي إلى عدم متانة دور اللجنين، ويبدأ بالفشل عند حوالي 200 دورة. كلما ارتفعت درجة الحرارة، كلما كان معدل التحلل أسرع.

الآلية المعقدة للمادة الكربونية في القطب السالب

ونظرًا للبنية المعقدة للمواد الكربونية، فإن آلية عمل المواد الكربونية في القطب السالب معقدة جدًا أيضًا.
تتلخص آلية عمل المواد الكربونية في القطب السالب في عمليات فيزيائية وكيميائية:
العمليات الفيزيائية - التوصيل الكهربائي، سعة الطبقة المزدوجة، تأثير مساحة السطح (الاستخدام) تحافظ على مساحة سطح محددة أثناء الشحن والتفريغ.
العملية الكيميائية - يمكن للمواد الكربونية أن تحفز تحويل Pb2+ إلى Pb (التحفيز الكهربائي).
من السهل كبريت القطب السالب ونادرا ما يتم كبريت القطب الموجب، لأن حجم الرصاص الإسفنجي السالب يتغير بشكل كبير أثناء تحويل كبريتات الرصاص، مما يوفر مساحة مناسبة لنمو بلورات كبريتات الرصاص، ويمكن أن تملأ المواد الكربونية الفراغ لتوليد عائق steric.
في عملية الشحن، يكون لمادة الكربون النشطة كهروكيميائيًا تأثير تحفيزي كهربائي على تقليل PbSO4 في القطب السالب، ويتم تقليل جهد الشحن بحوالي 200 ~ 300 مللي فولت. وجدت أبحاث أخرى أن عملية التبلور الاختزالي Pb2+ حدثت على سطح مادة الكربون وسطح الرصاص في نفس الوقت، مما يجعل مادة الكربون والرصاص الإسفنجي متصلين معًا، ويمكن للتيار الموجود على سطح مادة الكربون أن يقلل من كثافة التيار اللوحة، وتقليل الاستقطاب، وتعزيز تقليل كبريتات الرصاص، وهو ما يسمى "الآلية المتوازية" أثناء الشحن.

أسود فاحم

التأثيرات: (1) من المعتقد عمومًا أن توصيل أسود الكربون يمكن أن يعزز تحويل كبريتات الرصاص؛ (2) امتزاز شعاع التوازن. (3) قامت شركة بطاريات تخزين الطاقة اليابانية بزيادة كمية أسود الكربون بمقدار 10 أضعاف الكمية التقليدية، ووجدت أنها تتمتع بأداء جيد للغاية في حالة الشحن الجزئي بمعدل عالٍ؛ (4) وجدت دراسة بافلوف أن أسود الكربون يمكن أن يغير البنية الهيكلية للرصاص الإسفنجي، وأن الكثير من أسود الكربون سيكون مدمجًا في الرصاص الإسفنجي ولكنه يقلل من موصلية الهيكل العظمي للرصاص الإسفنجي. العيوب: (1) سوف تتسرب الجرعة الزائدة من اللوحة، مما يؤدي إلى حدوث ماس كهربائي صغير؛ (2) الجرعة المفرطة تدمر الهيكل العظمي للرصاص الإسفنجي، مما يؤدي إلى تشكل مخاط القطب السالب. (3) التطور المفرط للهيدروجين أمر خطير. وظيفة الكربون المنشط: (1) يحتوي الكربون المنشط على مساحة سطحية عالية محددة، وسعة طبقة كهربائية مزدوجة عالية نسبيًا، ويمكن أن يشكل مكثفًا فائقًا غير متماثل مع ثاني أكسيد الرصاص الإيجابي، وأداء تكبير عالي؛ (2) تظهر أبحاث بافلوف أنه أثناء عملية الشحن، ستنمو تشعبات الرصاص على سطح الكربون المنشط وتشكل هيكلًا هيكليًا نهائيًا باستخدام الرصاص الإسفنجي، مما يفضي إلى شحن وتفريغ المكثفات ذات الطبقة المزدوجة. (3) وجدت دراستنا أن شكل نمو تشعبات الرصاص يختلف باختلاف هياكل الكربون المنشط، وأن تبلور البلورات الدقيقة الجرافيتية التي تشكل الكربون المنشط وانتظام العيوب السطحية أعلى، مع بلورة عالية، وموصلية كهربائية جيدة وانتظام، وهو أكثر ملاءمة لتشكيل التشعبات الصفائحية أعلى من السطح، وهو ما يفضي إلى عكس دورة القطب. العيوب: (1) الكربون المنشط عبارة عن هيكل مسامي داخلي ذو سطح محدد عالي ونقطة نشطة عالية لتطور الهيدروجين، لذلك ليس من السهل ضبط إمكانات تطور الهيدروجين؛ (2) سوف يؤدي ترسب الرصاص إلى سد الثقب، وسوف تتحلل سعة الطبقة الكهربائية المزدوجة تدريجيًا مع تقدم الدورة؛ (3) يتمتع الهيكل المسامي بقدرة امتصاص قوية وسيقوم بامتصاص اللجنين في القطب بشكل لا رجعة فيه.

الجرافيت

التأثيرات: (1) درس J. Settelein تبلور تشعبات الرصاص على سطح الجرافيت الممتد والجرافيت الكروي، ووجد أن الجرافيت الممتد كان أكثر ملاءمة لنمو تشعبات الرصاص؛ (2) يعتقد كاريل ميكا أن الجرافيت له تأثير مقاومة في القطب السالب، مما يمكن أن يمنع نمو بلورات كبريتات الرصاص؛ (3) قمنا بدراسة نمو التشعبات الرصاصية للجرافيت الكروي والجرافيت الطبيعي، ووجدنا أن رقائق الجرافيت الطبيعية أكثر ملاءمة لتشكيل التشعبات الصفائحية ذات التشتت الجيد، في حين تشكل التشعبات الموجودة على سطح الجرافيت الكروي هيكل طلاء حولها سطح الجرافيت الكروي، الذي لا يفضي إلى تحسين مساحة سطح الرصاص الإسفنجي. العيوب: (1) أقل من السطح، ولا يوجد تأثير للسعة؛ (2) الجسيم سميك، والكثافة عالية، والجرعة كبيرة، وتأثير مساحة السطح غير واضح.

أنابيب الكربون النانوية (تركيز البحث)

الوظائف: (1) أنابيب الكربون النانوية عبارة عن مواد ثنائية الأبعاد ذات موصلية عالية ومسار موصل طويل، مما يساعد على تحسين توصيل القطب. (2) أظهرت الدراسات أن إضافة أنابيب الكربون النانوية إلى القطب السالب يمكن أن يحسن قبول الشحنة، وفي الوقت نفسه، يكون أكثر ملاءمة لتكوين جزيئات دقيقة من بلورات كبريتات الرصاص أثناء التفريغ.
العيوب: (1) صعوبة في التشتت. (2) السعر باهظ الثمن نسبيا.

الجرافين (نقطة اتصال بحثية)

الوظائف: (1) مادة ثنائية الأبعاد ذات موصلية كهربائية ممتازة؛
(2) الموصلية الكهربائية الممتازة، تحفز نطاق إشعاع نمو التغصنات الرصاصية على نطاق أوسع؛
(3) تم تشكيل الامتزاز العكسي لللجنين بواسطة هيكل مستو ثنائي الأبعاد؛
(4) التأثير الاستاتيكي على كبريتات الرصاص أكثر أهمية؛
(5) أكثر وضوحا من تأثير مساحة السطح.
العيوب: (1) يحتاج تطور الهيدروجين الزائد إلى مزيد من التثبيط؛ (2) تحتاج تكاليف التصنيع إلى مزيد من التخفيض.