黄伟国-石墨烯电池研究现状与展望 - 分享版.pdf

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1、石墨烯电池研究现状与展望石墨烯电池研究现状与展望超威集团2024.5中国上海2目录目录一、石墨烯电池技术的研发背景一、石墨烯电池技术的研发背景二、超威集团对石墨烯电池技术研发的进展情况二、超威集团对石墨烯电池技术研发的进展情况三、石墨烯技术在铅酸电池领域的应用前景与展望三、石墨烯技术在铅酸电池领域的应用前景与展望一、石墨烯电池技术的研发背景一、石墨烯电池技术的研发背景34负极不可逆硫酸盐化（负极不可逆硫酸盐化（PCLPCL-3 3）是传统铅酸电池最主要的失效模式之一）是传统铅酸电池最主要的失效模式之一（A）低倍率放电低倍率放电(0.4C20)（B）高倍率放电高倍率放电(4C20)PbSO4晶体

2、均匀分布于极板内部，晶体颗粒比较粗大。PbSO4晶体集中于极板的表面晶体颗粒细小而致密。在比表面能的作用下，通过重结晶小的硫酸铅晶体趋向于转变成粗大的硫酸铅晶体；这种粗大的硫酸铅晶体因为溶解度低导致充电转化困难，形成“不可逆硫酸盐化”。5循环充放电时海绵铅比表面收缩产生大量的空隙使得不可逆硫酸盐循环充放电时海绵铅比表面收缩产生大量的空隙使得不可逆硫酸盐化加剧，降低循环可逆性。化加剧，降低循环可逆性。初始状态的负极海绵状铅形貌负极海绵状铅作为活性物质，在反复充放电过程中，在比表面能的作用下，比表面会不断收缩，这是一个不可逆的过程。比表面收缩后极板的孔径会变大，更有利于形成更加粗大的硫酸铅晶体，导

3、致不可逆过程加剧。50C50DC解决负极硫酸盐化的途径：解决负极硫酸盐化的途径：采用表面活性剂（木质素、腐殖酸）抑制活性物质的表面积收缩！采用硫酸钡晶核细化硫酸铅颗粒！添加炭黑、石墨等增加导电性！“称为抗膨胀剂！”传统缓解不可逆硫酸盐化的主要途径传统缓解不可逆硫酸盐化的主要途径1 1：表面活性剂：表面活性剂木质素、腐殖酸等木质素、腐殖酸等作用：利用木质素的表面吸附作用，在PbSO4还原转换为海绵铅时，增加海绵铅的比表面积；不足：在酸性环境中，会发生水解，氧复合时会发生氧化，充电时还会氢解，导致木质素的作用没有持久性，在200个循环左右开始失效。温度越高，分解速度越快！H+图传统缓解不可逆硫酸盐

4、化的主要途径传统缓解不可逆硫酸盐化的主要途径2 2：成核剂：成核剂硫酸钡（硫酸锶）硫酸钡（硫酸锶）硫酸铅硫酸铅正交晶系（Orthorhombic）（对称群：Pnma）晶胞参数：a：8.516，b：5.399，c：6.989硫酸钡硫酸钡正交晶系（Orthorhombic）晶胞参数：a：8.898，b：5.448，c：7.170作用：硫酸钡与硫酸铅相同的晶体结构，不溶于酸，可以作为硫酸铅的异相成核的成核剂，降低负极放电过程中硫酸铅的过饱和度，减少硫酸铅的晶核数量，避免硫酸铅在铅表面的成膜钝化作用，达到细化晶粒的效果；不足：作用有限，用量过多会增加内阻，对海绵铅的比表面收缩（可逆性）没有作用。8传统

5、缓解不可逆硫酸盐化的主要途径传统缓解不可逆硫酸盐化的主要途径3 3：碳材料（碳材料的同素异形体丰：碳材料（碳材料的同素异形体丰富多样）富多样）石墨烯炭黑活性炭碳纳米管石墨9传统缓解不可逆硫酸盐化的主要途径传统缓解不可逆硫酸盐化的主要途径3 3：碳材料：碳材料导电剂炭黑用得最普遍导电剂炭黑用得最普遍作用：（1）一般认为炭黑导电可以促进硫酸铅转化；（2）平衡木素的吸附；（3）日本储能电池公司将炭黑提高常规用量的10倍，发现有非常好的高倍率部分荷电态性能；（4）Pavlov研究发现炭黑能改变海绵铅的骨架结构，过多的炭黑会嵌入到海绵铅内反而降低海绵铅骨架的导电率。10传统缓解不可逆硫酸盐化的主要途径传

6、统缓解不可逆硫酸盐化的主要途径3 3：碳材料：碳材料具有双电层电容特性的活具有双电层电容特性的活性炭性炭铅铅-碳电池、超级电池。碳电池、超级电池。Traditional lead acid battery 传统铅酸电池Asymmetric supercapacitors非对称超级电容器作用：（1）活性炭有高的比表面积，有比较高的双电层电容，可以与正极二氧化铅形成非对称超级电容器，高倍率性能好；（2）Pavlov研究表明，在充过程中，铅枝晶会在活性炭表面生长，并与海绵铅形成一个整理骨架结构，这有利于双电层电容的充放电进行。11碳材料在负极中复杂的作用机理碳材料在负极中复杂的作用机理由于碳材料的结