[发明专利]铅氢蓄电池

说明书

技术领域

本发明涉及一种铅氢蓄电池。

背景技术

目前应用最多的充电动力电池当属铅酸蓄电池。其能量密度理论值 170Wh/kg(参考资料：机械工业出版社《铅蓄电池技术》朱松然主编)。由于铅 金属的比重大及材料利用率低等因素，铅蓄电池实际的比能量只有28-36Wh/kg。 镍氢电池的比能量45-70Wh/kg，略高于铅蓄电池(参考资料：化学工业出版社《先 进电池材料》李景虹编著)。但是金属镍价格昂贵，成本太高。

传统的铅酸蓄电池正负极都采用金属铅作为主要原材料，充电时被分解的 两个水分子2H₂O，分解成四个氢原子4H和一个氧分子O₂，其中的两个氢原子 2H置换出正极硫酸铅PbSO₄中的铅，还原成硫酸H₂SO₄，而氧分子O₂与置换出的 铅Pb结合成为二氧化铅PbO₂。另外两个氢原子2H的电子，通过外电路进入负极， 与通过隔板进入负极的两个氢离子2H⁺汇合还原成氢原子，置换出负极硫酸铅 PbSO₄中的铅回到负极集流体上。化学反应式：

PbO₂+Pb+2H₂SO₄＝2PbSO₄+2H₂O

由此可见，充电时正极的活性物质从硫酸铅PbSO₄中被置换出来，转化成二氧化 铅PbO₂，起到贮氧的作用。而负极的两个氢原子2H，从硫酸铅PbSO₄中置换出 铅，还原成硫酸H₂SO₄，起到贮氢的作用。这就是硫酸的浓度高，容量会提高的 原因。因为负极的硫酸起贮氢作用。硫酸的浓度高，活性物质的利用率就高。 但是硫酸的浓度高，会增加自放电和加快板栅的腐蚀。

在放电时，正极的活性物质进入硫酸变成硫酸铅PbSO₄释放出两个氢原子和 一个氧分子。负极金属铅进入硫酸中成为硫酸铅PbSO₄也释放出两个氢原子，负 极的两个氢原子的电子从外电路进入正极，氢离子穿过内部的隔板进入正极。 与正极释放出的两个氢原子和一个氧分子还原成两个水分子。负极所提供的电 能为0.359伏乘上电流I，大约20％左右。而负极金属铅的重量，占电池的比例 高达40％。所以铅蓄电池的比能量只有28-36Wh/kg。此外还有过放电时的负极 硫酸盐化，过充电超过活性物质反应速度时造成析气失水等缺点。

发明目的

为提高铅蓄电池的比能量，降低单位能量的生产成本。本发明提供一种铅 氢蓄电池。这种电池集铅蓄电池和镍氢电池两者的优点，输出电压比镍氢电池 高，比能量比二者大。成本比二者都低的蓄电池。

发明内容

一种铅氢蓄电池，由贮氢材料负极(1)、隔板(2)、硫酸水溶液和铅金属 氧化物粉末活性物质(3)及铅金属集电体(4)制作的正极组成。本专利是把 传统的铅酸蓄电池中负极金属铅去掉，取而代之的是贮氢材料。充电时，在负 极还原的两个氢原子2H直接贮存在贮氢材料中。本专利实验的铅氢蓄电池，负 极贮氢材料选用石墨粉。在酸性电解液中，碳材料作为负极的标准电位，资料 中没有查到。实验的结果，电池的初始放电电压2.2V。石墨具有较大的比表面 积，程层状结构。具有电化学插层与脱插的作用。在酸性水溶液中因为生成嵌 入化合物将电极结构扩张，增加了孔隙率。从而改善了放电速度。具有贮氢量 高，解吸快的特点。在制作负极电极时，添加一定比例的金属及金属化合物。 负极的电压会向更负的方向延伸，使输出电压绝对值，接近或超过铅酸蓄电池。

另一种作为负极的贮氢材料，选用成品商品中，抗硫酸腐蚀的金属合金氢 化物作电极。如钛氢金属氢化物等。

由于负极省去了铅金属材料，给存放贮氢材料提供了大量的空间。贮氢材 料的贮氢密度比硫酸高，所以容量会大幅度提高。因此，总的能量密度得以大 幅度的提升。(本专利实验中的铅氢蓄电池，负极采用的是石墨粉。没有添加剂 的电池初始空载电压2.2V。添加氢氧化铝的电池，初始空载电压2.5V。)

具体实施方案