[发明专利]一种聚苯胺基超级电容铅酸电池

说明书

本发明涉及一种聚苯胺基超级电容铅酸电池，属于超级电容电池技术领域。本发明聚苯胺基超级电容铅酸电池由二氧化铅正极、隔膜、聚苯胺负极、硫酸电解液和外壳组成，其中聚苯胺负极为具有法拉第赝电容特性的聚苯胺负极，二氧化铅正极为在铅锑合金板栅上通过涂膏法制备得到的活性二氧化铅正极，聚苯胺负极由化学氧化或电化学氧化法制备而得。本发明中具有法拉第赝电容特性的聚苯胺负极使得整个储能系统兼具超级电容器和铅酸电池的优异特点，显著提升电池大电流放电特性，低重量的聚苯胺可明显提升储能系统的能量和功率密度，同时可实现储能系统储能机理由赝电容行为和电池行为相互转换。

技术领域

本发明涉及一种聚苯胺基超级电容铅酸电池，属于超级电容电池技术领域。

背景技术

21 世纪以来，全球经济跨越式发展及人类社会的快速进步对于能源的巨大需求使当前化石能源的使用总量急剧上升；在石油价格上涨、化石能源日益匮乏，环境污染等严重压力下，人们再次将目光投向可再生能源及衍生而来的新型储能技术。当今新能源产业的发展迫切亟需发展经济有效绿色的储能技术，因此新型储能电池成为当前最为现实和适应性最佳的储能手段。在二次电池中，铅酸电池是最古老的、也是迄今为止应用最为广泛的储能电池之一。尽管铅酸电池面临其他高能二次电池的艰巨挑战，但铅酸电池以其成本低、可靠性好、安全性能高等优点和良好的制造业基础，依然是当前全球人类生产生活活动采用最多的重要储能电池之一。

由于风、光等可再生能源自身具有的不连续、不稳定特点，其对储能电池的工作模式较于传统铅酸蓄电池产生了一定的差别，此时，储能电池系统需要深度充放电和高倍率部分荷电状态，同时电池系统长期处于部分荷电状态。在这种工作模式下，铅酸电池的铅负极板会逐渐积累大颗粒的硫酸铅晶体，并在负极板表面形成不导电的硫酸铅层，导致负极硫酸盐化，最终导致电池充放电效率降低，循环寿命缩短、电池失效。目前长寿命铅酸电池循环寿命一般最高只可达到500次左右。同时，铅酸电池在组装和应用过程中采用大量铅元素，其循环再生性及生态保护也一直是当前科研工作者和国家所特别重视的。

在众多电化学储能系统中，电化学超级电容器具有功率密度高、循环寿命长等优点，根据其具体的储能作用机理可以分为双电层电容和法拉第赝电容电容器两种类型，涉及的电极材料主要包括碳材料、导电聚合物和金属氧化物三类。虽然电化学超级电容器具有以上优点，但其存在的能量密度低缺陷限制了电化学电容器在具体生产生活的应用范围，研究者往往与二次电池或燃料电池结合使用，在电动汽车等领域已初具雏形。针对于铅酸电池性能提升的目的，研究者一般结合电化学超级电容器和铅酸电池的优异特点，将不同类型的超级电容性能的材料加入到铅酸电池中，改善铅酸电池的倍率性能、充电接受能力及循环稳定性能等，这种电池一般称之为超级电池。CN 103219162B公布了一种纳米碳铅超级电容电池，将铅酸电池和超级电容器两者合一，实现了高储能和高功率密度，同时充放电性能好；碳材料可阻止负极硫酸盐化现象，延长了电池寿命；具有非常高的安全性能，是环保型安全电池。然而目前超级电池材料的研究集中于电化学双电层电容碳材料，其主要作用原理均为基于碳材料电化学双电层电容原理，使电池兼具电容储能特点，具有高功率、快速大电流放电的特点，同时延缓了负极硫酸铅晶体颗粒积累的进程，延长电池整体寿命。CN101764264A公开了一种超级铅酸电池，将负极板栅上涂覆的膏状物添加一定含量的法拉第赝电容导电聚合物，使超级电池兼具法拉第赝电容特性，同时兼具良好的大倍率性能，减少电池放点深度，减少负极板表面硫酸盐化现象，解决铅酸电池寿命短的问题。

以上研究往往集中于双电层多孔碳材料或者导电聚合物作为负极板膏状物的添加剂，而没有基于单独导电聚合物作为超级电容电池负极的报道。此外，基于铅酸电池负极或负极添加剂的研究或应用主要侧重于利用电容作用改善储能系统循环寿命或提高功率密度性能等，其储能机理仍以参照铅酸电池储能机理为主。在加入电化学电容材料后，仍不清晰如何有效调控系统储能机理实现电池储能行为和电容行为之间的转换。

发明内容