【摘要】 这种方法能够区分碳表面上的电容过程和铅表面上的电化学过程，从而识别HRPSoC循环中在负极板上发生的基本过程。

每当对新型便携式或备用能源的需求出现时，铅蓄电池都面临着挑战，需要新的技术和/或设计解决方案。混合动力电动汽车（HEV）也是如此。HEV应用中的电池从部分充电状态运行，并在高电流（高速率部分充电状态循环工作）和再生制动的情况下经历短暂的充电和放电事件。这种新的操作模式似乎对现有的铅酸电池来说是一个相当大的挑战，因为负极活性物质的比表面积相对较低，这限制了它的充电接受度。此外，当从部分带电状态操作时，负极板会逐渐硫酸化。为了满足HRPSoC工作模式的要求，必须改变铅蓄电池技术。

 

Nakamura、Shiomi及其合作者[1,2]已经证实，在用于混合动力电动汽车（HEV）应用的电池的模拟HRPSoC测试过程中，向负极活性材料中引入更高负载量的炭黑显著提高了电荷接受性，并延缓了负极板的硫酸化。

 

基于ALABC赞助项目中获得的实验数据，提出了一种新的碳作用机制。Pavlov等人[3]在HRPSoC条件下的电池循环过程中，负极板处的电化学和化学过程不仅在铅表面上进行，而且在碳相表面上也进行。因此，NAM中的碳颗粒参与了电流的产生和积累过程。

 

为了实现这一目标，将NAM中含有碳添加剂的铅酸电池设置为具有不同持续时间的短脉冲的高速循环。这种方法能够区分碳表面上的电容过程和铅表面上的电化学过程，从而识别HRPSoC循环中在负极板上发生的基本过程。

 

首先研究了碳对负极活性物质结构的影响。添加了两种浓度（0.5 wt%或2.0 wt%）的TDA的NAM结构的SEM图像如图1所示。TDA颗粒尺寸较大，并整合在NAM的骨架结构中。在TDA颗粒的表面上形成铅核。这些细胞核生长并融合形成新的铅分支。因此，TDA碳颗粒被结合到NAM结构中，并成为其不可分割的一部分。

 

图1 具有0.5wt%或2.0wt%TDA活性炭的NAM的SEM图像

 

图2显示了来自含有0.5wt%或1.0wt%AC3炭黑的负极板内部的NAM样品的晶体形态。铅粒子大多呈球状。AC3颗粒非常小并且被吸附在铅颗粒的表面上。向NAM中添加1.0wt%的AC3减小了Pb晶粒的尺寸，并且NAM的微观结构发生了一些变化。如果我们比较图2和图3中的SEM图像，我们会注意到TDA活性炭和AC3炭黑对负极活性物质的结构特征有不同的影响。因此，形成了具有不同电化学性质的Pbþ碳/电解质界面，这将影响电池的电化学参数。

 

图2 具有0.5wt%或1.0wt%AC3炭黑的NAM的SEM图像

 

[1] K. Nakamura, M. Shiomi, K. Takahashi, M. Tsubota, J. Power Sources 59 (1996) 153-157.

[2] M. Shiomi, T. Funato, K. Nakamura, K. Takahashi, M. Tsubota, J. Power Sources 64 (1997) 147-152

[3] D. Pavlov, T. Rogachev, P. Nikolov, G. Petkova, J. Power Sources 191 (2009) 58-75.

 

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