[發明專利]一種聚苯胺基超級電容鉛酸電池

在審

• 申請號: 201810754304.5
• 申請日: 2018-07-11
• 公開（公告）號: CN109088053A
• 公開（公告）日: 2018-12-25
• 發明（設計）人: 何亞鵬;黃惠;郭忠誠;陳步明
• 申請（專利權）人: 昆明理工大學;昆明理工恒達科技股份有限公司
• 主分類號: H01M4/14
• 分類號: H01M4/14;H01M4/60;H01M10/06
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本發明涉及一種聚苯胺基超級電容鉛酸電池，屬于超級電容電池技術領域。本發明聚苯胺基超級電容鉛酸電池由二氧化鉛正極、隔膜、聚苯胺負極、硫酸電解液和外殼組成，其中聚苯胺負極為具有法拉第贗電容特性的聚苯胺負極，二氧化鉛正極為在鉛銻合金板柵上通過涂膏法制備得到的活性二氧化鉛正極，聚苯胺負極由化學氧化或電化學氧化法制備而得。本發明中具有法拉第贗電容特性的聚苯胺負極使得整個儲能系統兼具超級電容器和鉛酸電池的優異特點，顯著提升電池大電流放電特性，低重量的聚苯胺可明顯提升儲能系統的能量和功率密度，同時可實現儲能系統儲能機理由贗電容行為和電池行為相互轉換。

技術領域

本發明涉及一種聚苯胺基超級電容鉛酸電池，屬于超級電容電池技術領域。

背景技術

21 世紀以來，全球經濟跨越式發展及人類社會的快速進步對于能源的巨大需求使當前化石能源的使用總量急劇上升；在石油價格上漲、化石能源日益匱乏，環境污染等嚴重壓力下，人們再次將目光投向可再生能源及衍生而來的新型儲能技術。當今新能源產業的發展迫切亟需發展經濟有效綠色的儲能技術，因此新型儲能電池成為當前最為現實和適應性最佳的儲能手段。在二次電池中，鉛酸電池是最古老的、也是迄今為止應用最為廣泛的儲能電池之一。盡管鉛酸電池面臨其他高能二次電池的艱巨挑戰，但鉛酸電池以其成本低、可靠性好、安全性能高等優點和良好的制造業基礎，依然是當前全球人類生產生活活動采用最多的重要儲能電池之一。

由于風、光等可再生能源自身具有的不連續、不穩定特點，其對儲能電池的工作模式較于傳統鉛酸蓄電池產生了一定的差別，此時，儲能電池系統需要深度充放電和高倍率部分荷電狀態，同時電池系統長期處于部分荷電狀態。在這種工作模式下，鉛酸電池的鉛負極板會逐漸積累大顆粒的硫酸鉛晶體，并在負極板表面形成不導電的硫酸鉛層，導致負極硫酸鹽化，最終導致電池充放電效率降低，循環壽命縮短、電池失效。目前長壽命鉛酸電池循環壽命一般最高只可達到500次左右。同時，鉛酸電池在組裝和應用過程中采用大量鉛元素，其循環再生性及生態保護也一直是當前科研工作者和國家所特別重視的。

在眾多電化學儲能系統中，電化學超級電容器具有功率密度高、循環壽命長等優點，根據其具體的儲能作用機理可以分為雙電層電容和法拉第贗電容電容器兩種類型，涉及的電極材料主要包括碳材料、導電聚合物和金屬氧化物三類。雖然電化學超級電容器具有以上優點，但其存在的能量密度低缺陷限制了電化學電容器在具體生產生活的應用范圍，研究者往往與二次電池或燃料電池結合使用，在電動汽車等領域已初具雛形。針對于鉛酸電池性能提升的目的，研究者一般結合電化學超級電容器和鉛酸電池的優異特點，將不同類型的超級電容性能的材料加入到鉛酸電池中，改善鉛酸電池的倍率性能、充電接受能力及循環穩定性能等，這種電池一般稱之為超級電池。CN 103219162B公布了一種納米碳鉛超級電容電池，將鉛酸電池和超級電容器兩者合一，實現了高儲能和高功率密度，同時充放電性能好；碳材料可阻止負極硫酸鹽化現象，延長了電池壽命；具有非常高的安全性能，是環保型安全電池。然而目前超級電池材料的研究集中于電化學雙電層電容碳材料，其主要作用原理均為基于碳材料電化學雙電層電容原理，使電池兼具電容儲能特點，具有高功率、快速大電流放電的特點，同時延緩了負極硫酸鉛晶體顆粒積累的進程，延長電池整體壽命。CN101764264A公開了一種超級鉛酸電池，將負極板柵上涂覆的膏狀物添加一定含量的法拉第贗電容導電聚合物，使超級電池兼具法拉第贗電容特性，同時兼具良好的大倍率性能，減少電池放點深度，減少負極板表面硫酸鹽化現象，解決鉛酸電池壽命短的問題。

以上研究往往集中于雙電層多孔碳材料或者導電聚合物作為負極板膏狀物的添加劑，而沒有基于單獨導電聚合物作為超級電容電池負極的報道。此外，基于鉛酸電池負極或負極添加劑的研究或應用主要側重于利用電容作用改善儲能系統循環壽命或提高功率密度性能等，其儲能機理仍以參照鉛酸電池儲能機理為主。在加入電化學電容材料后，仍不清晰如何有效調控系統儲能機理實現電池儲能行為和電容行為之間的轉換。

發明內容