[实用新型]一种铅酸电池的炭质电极板

说明书

技术领域

本技术新型涉及一种铅酸电池的炭质电极板，属于化学工程领域。有望应用于电动车、电动工具、脉冲发射等领域的铅酸电池。

背景技术

能源是人类社会生存发展的基础，从天然矿藏能源到电能的利用代表了科技发展的历程。近代，特别是上一世纪人类社会的飞速发展，使得人类资源消耗量急剧增加，致使以石油为主的传统化石能源日趋紧张，且造成大气污染越发严重，寻求可持续发展的途径、保护自然资源和自然环境成为21世纪的严重挑战。电能已经成为人类社会不可或缺的一种洁净的能源，任何其它资源利用一般都必须使用电能，电能的储存、转化、输送都用到电池/电容技术。

电动汽车(包括纯电动车和混合电动车HEV)无污染、使用成本低且有望调谐电网系统夜间的谷电，成为目前的研究热点和未来交通工具的发展趋势。铅酸电池因其原料资源丰富、价格低廉、制备、维护工艺成熟和安全性好等特点，在电动车上有较好的应用前景，但目前其比功率低、循环寿命短的缺点制约了其在电动车上的应用。超级电容器(Supercapacitors)是性能介于传统电容器和电池之间的一种新型储能装置，其比能量是传统电容器的20～200倍，比功率一般大于1000W/kg，高于一般二次电池，循环寿命(＞10⁵次)也优于电池，还具有能瞬间大电流充放电、工作温度范围宽、安全、无污染等优点，因而具有在电动汽车上的潜在应用前景。但是，迄今为止，电化学电容器的比能量还是低于二次电池，制约了其在电动车上的应用。

铅酸电池的比功率较低以及大功率放电下寿命差，主要是受限于负极：在高密度电流放电情况下，负极产生大量铅离子进入电解液，与之相对的情况是电解液中硫酸根离子扩散受限，致使铅离子过饱和，容易在负极表面形成一层致密的硫酸铅沉淀层，造成负极表面钝化。硫酸铅导电性差，溶解度小，会降低负极内部铅的反应活性，增加反应过电位，致使充电时析氢较为严重，充电效率下降，并形成恶性循环。若继续大功率充放电，以上情况会进一步恶化，硫酸铅沉淀颗粒增大且过程不可逆，最终负极丧失反应活性，电池失效(参见J.PowerSources 133(2004)126)。若能通过外电路的控制，避免铅酸电池大功率充放电，能有效提高其寿命。中国专利200620097371.7公开了一种电池，其在传统的电池外并联了一个耐高功率充放电的电容器，通过一个外壳将电池和电容固定，构成一种电池-电容组合。该类电池-电容组合虽然将铅酸电池和超级电容器进行了结合，但属于外组合式，两个电源均需要各自的电解液、隔膜等，不但器件总体积较大，还需要外电路和相应的管理系统进行实时测试、控制，成本较高。

若将超级电容器与铅酸电池的“外并”改成“内并”，则能省去复杂的外电路与控制系统，有效的降低成本。中国专利200810136333.1公开了一种铅酸电池，其部分负级铅板为碳板所代替，可以提高铅酸电池比功率，延长电池寿命。中国专利200910002836.4公开了将超级电容器活性炭电极和铅负极“内并”的电池，近期也有人称之为“超级电池”(Ultrabattery，参见J.Power Source 174(2007)16)。该电池将超级电容器的高比功率、长寿命的优势融合到铅酸电池中，在保持提高功率、延长电池寿命优点的同时，又能简化电路、提高比容量，并降低总费用(参见《科学时报》2009年8月14日的《科学时评》专栏)。

但是，上述超级电池由于减少了铅负极板，这种电池的体积比能量将有所下降。此外，炭片电极与铅酸电池电极之间均置有隔膜，一方面隔膜较厚(毫米级)，造成活性物质填装量降低，降低了器件的比能量；另一方面，隔膜和炭质电极的加入也阻碍了充放电过程中电解液离子的传输，因为无论隔膜还是炭电极内部微米级的孔洞(尺度1～5μm，参见Solid StateIonics 179(2008)1946)均存在储液量小、离子迁移阻力大的缺点，这不但降低了器件的比功率特性，还因铅离子迁移受限造成寿命衰减。

若采用将炭片电极直接贴到铅酸电池电极上的方法，虽可省去隔膜，但炭电极内部颗粒排布紧密，阻碍离子传输的情况仍然严重。

发明内容

本实用新型的目的是提供一种炭质铅酸电池炭质电极板，直接紧贴在铅酸电池电极板两侧，该炭质电极板上有贯通电极板前后的孔道，能提高铅酸电池的功率密度和循环使用寿命。

本实用新型的技术方案如下：