原理、材料与应用的宝藏探秘—铅酸电池

时间: 2024-12-18
作者: 百灵威
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原理、材料与应用的宝藏探秘—铅酸电池-百灵威

    铅酸电池是一种蓄电池,主要由正极(二氧化铅)、负极(铅)和电解液(硫酸)构成。在工作过程中,电池内部两极发生氧化还原反应,将电能和化学能相互转化。这种电池技术成熟,历史较为悠久。

    铅酸电池应用广泛,在交通领域,是汽车启动及电动车辆的常用电源,虽受锂电池冲击仍有份额。储能领域,于电网、分布式能源、通信基站储能均有涉及,在长时储能政策推动下,电网储能应用有望拓展。工业上用于 UPS 及应急照明。便携式电子设备中也有应用。2023年中国铅酸蓄电池产量增长3.6%达24500kVAh,市场规模约1750亿元且增长3.9%,进出口数据各有变化,未来随相关领域发展、自身技术进步与成本降低,有望稳定增长。

    其性能优劣与各组成部分所涉及的化学试剂紧密相关。正极板、负极板、隔板材料以及电解质溶液中的各类化学试剂,在决定电池的容量、充放电特性、循环寿命、安全性等方面均起着关键作用,深入探究这些化学试剂的特性与功能,有助于我们全面理解铅酸电池的工作原理以及其在不同应用场景下的表现。

正极材料

    铅酸电池正极作用关键,放电时二氧化铅还原,与硫酸反应转化化学能为电能,充电时氧化使硫酸铅变回二氧化铅存储电能;板栅材料传导电子并支撑二氧化铅活性物质,典型材料有二氧化铅及铅碲合金等板栅材料。

    百灵威可提供的正极材料有:

品名 CAS 货号
Lead(IV) oxide, 97+% (ACS)
二氧化铅
1309-60-0 93-8210
危化品

负极材料

    铅酸电池负极在运行中有重要作用。电化学反应中,放电时海绵状铅氧化供能,充电时还原储能,与正极稳定电压,且影响循环寿命。典型材料有海绵状铅作活性物质,铅钙合金板栅支撑传导,还有硫酸钡、木素磺酸钠等添加剂改善性能。

品名 CAS 货号
Barium sulfate, 99%, for synthesis
硫酸钡
7727-43-7 389763
Lead granules (99.9+%)
铅粒
7439-92-1 93-8271

隔板材料

    铅酸电池隔板作用关键,防极板短路,保障离子传导与电解液分布,兼具缓冲减震。典型材料有微孔橡胶隔板,弹性耐腐但强度稍弱;微孔塑料隔板如聚烯烃隔板,强稳定、可调孔隙率且成本低;玻璃纤维隔板孔隙高、吸附强、化学稳且耐高温,各有应用优势。

品名 CAS 货号
Polyacrylonitrile, average M.W. 150,000
聚丙烯腈
25014-41-9 226749
Poly(ethylene), oxidized
聚乙烯, 氧化型
68441-17-8 422847
Poly(tetrafluoroethylene), particle size: 3 - 5 μm
聚(四氟乙烯)
9002-84-0 962436
Acrylic acid, 98%, reference material
丙烯酸
79-10-7 988055
危化品
Dibutyl phthalate, 99%
邻苯二甲酸二丁酯
84-74-2 179894
Di-n-octyl phthalate, 98%
邻苯二甲酸二辛酯, 98%
117-84-0 041522

电解液/电解液添加剂

    铅酸电池的电解质硫酸是离子传导媒介与反应参与者,浓度影响性能,需与纯水配成合适浓度。添加剂作用重大,硫酸钠改善低温导电性,磷酸抑制极板硫酸盐化,有机磺酸类化合物提升充电与循环性能。硫酸钠用量依情而定,磷酸约占电解液质量 0.5%-2%,有机磺酸类化合物因种类和应用而变。

品名 CAS 货号
Sodium sulfate, 99%, ACS reagent
硫酸钠
7757-82-6 101046
Phosphoric acid, 85% solution in H2O, ACS reagent
磷酸
7664-38-2 933962
危化品
Ethanesulfonic acid, 70 wt.% solution in H2O
乙基磺酸
594-45-6 982555
1-Propene 1,3-Sultone
1-丙烯1,3-磺内酯
21806-61-1 P2260
Sodium benzyl sulfanesulfonate, 95%
苄基磺酸磺酸钠
6313-36-6 2794335
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