[发明专利]一种活性炭电极及其制备和应用

说明书

本发明涉及一种活性炭电极，采用碳毡作3D集流体，碳毡孔隙内填充电极材料；碳毡的厚度为0.1～30mm，碳毡的孔隙率为50‑99％，构成碳毡的纤维直径为0.01‑0.5mm，所述电极材料由电容活性炭、导电剂和粘接剂构成。用于内并型铅炭电池以及全碳负极铅碳电池中具有成本低、能量密度高、大功率放电能力强等优点。

技术领域

本发明涉及铅炭电池领域，具体涉及一种活性炭电极及其在铅碳电池中的应用。

背景技术

铅碳电池是一种将超级电容器与铅酸蓄电池相结合而构成的新型储能器件。铅酸蓄电池作为能源，超级电容器作为脉冲动力，对电池的性能进行了改良，从而弥补了普通阀控式铅酸蓄电池不能应对各种复杂使用条件的不足。在铅碳电池中，超级电容器与铅酸电池两种储能方式以内结合方式集成，不需要特殊的外加电子控制电路，使得电池的尺寸得到了控制，系统得到简化，从而降低储能成本。此外，铅碳电池还具有如下特点：同时具有蓄电池高比能量和电容器高比功率的优点；脉冲大电流充放电寿命长，铅碳电池的生命周期较现有铅酸电池多出四倍；低温大电流放电比普通电池较好；可大大缓解负极硫酸盐化现象；易于制造，现有铅酸蓄电池生产线稍作改造便可用于铅碳电池的生产；可靠性高；制造成本低。可以说，铅碳电池技术的出现与发展，使铅酸蓄电池这项古老的储能技术迎来了新的发展机遇。

铅碳电池按着所采用的技术方案不同，大致可以分为三种：采用在铅负极中掺入少量碳材料技术方案(内混型)的铅碳电池(Pb-C battery，Carbon-enhanced VRLA)、负极采用电池电极与超级电容器电极相互并联技术方案(内并型)的超级电池(Ultrabattery)和负极完全采用超级电容器电极的铅碳电池(全碳负极型铅碳电池)。

内并型铅碳电池(又称超级电池)的概念由澳大利亚联邦科学及工业研究组织的L.T.Lam等人于2003年首先提出。随后美国桑迪亚国家实验室，国际先进铅酸蓄电池联合会，澳大利亚联邦科学与工业研究组织，美国东宾制造，澳大利亚的Ecoult和日本古河电池开展了超级电池的研究、开发和测试等工作。日本古河电池公司于2004年获得的专利授权，开始超级电池的研究和商业化开发工作。古河超级电池负极采用在海绵铅负极板双侧表面覆盖活性炭层的三明治结构。车载性能测试表明，由于电容层的存在，超级电池的充电恢复能力和传统铅酸蓄电池相比提升30％。充电不足条件(80％充电状态)下超级电池的使用寿命为传统铅酸蓄电池的两倍。

全炭负极铅碳电池最早由美国Axion开发，是一种用活性炭做负极，二氧化铅做正极的混合型储能器件，该公司将其称为铅碳电池。Axion的铅碳电池实际上是一种混合型超级电容器。与铅酸蓄电池不同，在该电池负极上发生的反应如下，

由于铅碳电池负极上不再发生如下反应，

所以可以从根本上避免负极硫酸盐化，从而延长负极的使用寿命。