铅碳电池工作原理是什么？
来源：宝鄂实业
2019-09-02 11:26
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传统铅酸电池中的一个核心问题就在于负极的硫酸盐化，即在高倍率放电模式下，负极的海绵状铅与HSO4-快速反应生成PbSO4，此时因为HSO4-与Pb这一对反应物的供应失配，导致了PbSO4成核速率太快，这样就使得生成的PbSO4（本质是绝缘的）“糊”在了负极表面，或者是生成了极大的颗粒；而不是按我们所需要的在负极板内部均匀的生成，或者是在表面只是生成细小均匀容易还原的绒状PbSO4。
表面生成的PbSO4堆积层或者是大颗粒PbSO4明显减少了电子转移、反应需要的有效表面积和物质，使得后续的反应更为困难，因此使得负极板内部变成了“死”区。而在充电时，因为表面PbSO4层阻碍了铅酸电池本体反应的发生，此时负极的电位只好将电池中的水电解成氢气，造成电解液的枯竭，这样会进一步导致电池性能的恶化。
为了解决这一问题，我们可以在铅负极中加入的碳粒子，其会形成如上图所示的导电网络结构。该网络结构的优点主要如下：
1）提供反应中心：这些碳粒子表面就形成了新的反应活性中心；
2）形成导电网络降低极化；
3）形成更幼小均匀的传质网络，促进电化学反应在电极表面、内部的均匀进行，从而减轻PbSO4在表面的集中析出效应；
4）作为异质材料阻碍PbSO4颗粒的长大，使其均匀分布。
5）通过碳的电容效应，提高电池的容量和功率特性。
基于以上几点优点，铅碳电池通过加入碳，有效抑制了负极的硫酸盐化趋势，使得电池寿命明显提升。不仅如此，铅碳电池的生产工艺相比于传统铅酸电池并无本质区别，不需改变现在已经成熟的工艺，生产容易实现规模化，尤其对于储能电池长寿命、低成本方面的要求。
对于铅碳电池来说，加入的碳的种类有很多种：炭黑、活性炭、石墨烯、石墨、碳纤维、碳纳米管均可。而它们的主要优点/能为铅碳电池提供的主要功能有：1）导电导热；2）网络孔隙结构，提供反应所需比表面积以及双电层电容。可以说，铅碳电池的发展给了碳材料家族一个施展才华的舞台，但是如何在性能提升与成本控制上寻找一个平衡点，可能是在铅碳电池中应用高级碳材料的一个需要注意的问题。此外，碳材料加入也是需要控制量的，过多的碳材料加入会导致极板活性物质脱落等一系列问题。
