[发明专利]在以铅为基础的基材上形成铅碳复合材界面层的方法

说明书

本案提供一种在以铅为基础的基材上形成铅碳复合材界面层的方法，其中所述基材具有表面，包含下列步骤：将酸性溶液、碳材料与含铅材料接触，以形成含碳材料的铅酸盐前驱物；以及使所述铅酸盐前驱物中的离子态所述铅还原，藉此于所述表面上与所述碳材料接触的范围内形成所述铅碳复合材界面层。

技术领域

本发明是关于一种形成界面层的方法，尤指一种形成铅碳复合材界面层的方法。

背景技术

电力储存是电源管理与推升再生能源广泛使用的关键技术。一般而言，电力的储存可分为物理与电化学方式两种，而在兼具快速充放电与高储能容量的需求下，电化学电池成为微电网储能的优先选择。

在电化学电池领域中，蓬勃发展的复合式铅碳电池，也就是传统铅酸电池与非对称超级电容的组合，是一种有可能达到真正符合经济效益的电力储存方式。其中，传统铅酸电池所结合的具有快速充放电功能的超级电容，能在快速率部分充电(high rate partialstate of charge，HRPSoC)过程中，抑制电池负极(铅板)硫化反应的发生，大大降低每次充放电时所需的电池成本。所谓硫化效应，就是负极上的固态金属铅(Pb(s))，在氧化的过程中与硫酸溶液中的亚硫酸根离子(HSO₄^-_(aq))，发生反应而转换成不导电的固态硫酸铅(PbSO₄(s))。在深度放电或是在HRPSoC情况下，硫酸铅容易结晶生长，随着不导电的硫酸铅晶粒逐渐覆盖铅电极的表面，而逆向的还原反应就因导电不佳而无法将所有的硫酸铅还原成金属铅，因而降低电池储能效能与缩短使用寿命。

目前一种改善负极硫化的方法是在铅电极上添加碳材料来增加硫酸铅与导电碳材料的接触面积。这个方法能将铅酸电池的寿命提升；然而，由于碳材料粉体之间须分别经高压(约400MPa)与高温(约950℃)两道步骤，且需使用特殊微孔隙结构的碳材料先驱物才能接合成导电块材，因此一般制程所形成的碳材料的结构相当松散，也就是说铅电极的结构强度随着碳材料添加量的增加而减少，因此碳材料的添加比例有一定的限制。

另外，这种复合式铅碳电池在制作上，是将传统铅酸电池在负极电极上的铅电池膏以高比面积孔隙的碳材料电容膏作一部分或全部取代。也就是说，这种复合式铅碳电池的制作可以经由高度工业化的传统铅酸电池制程来完成，因此具有低制作成本的特点。再加上铅酸电池本身原具有的极高稳定度(低维护成本)，以及高循环充放电效率(ˉ75％)的特性，复合式铅碳电池可作为一种实现最低成本的微电网级储能设备。

虽然传统铅酸电池与非对称超级电容的结合，能提供低成本的电力储存，但因为负极极板同时存在碳材料与铅板两种无法相互接合的材料，导致电池负极的铅碳接面上较易因发生电极接面腐蚀等现象，而降低电池的使用效能与寿命。

因此，一个能让碳材料与铅材有效接合的方法，对于制备复合式铅碳电池的电极以及进一步形成复合式铅碳电池，即对于实现复合式铅碳电池的量产开发目标，占有一个很重要的地位。

过去对于铅和碳材不易接合的问题，虽然可以藉由耦合剂如钛、钯和铂等贵重金属或其氧化物才能接合，但是这些金属耦合剂成本相当高，仍不利于电极的生产。

爰是之故，申请人有鉴于已知技术的缺失，发明出本案「形成铅碳复合材界面层的方法」，以改善上述缺失。

发明内容

本案的一方面是提供一种在以铅为基础的基材上形成铅碳复合材界面层的方法，其中所述基材具有表面，包含下列步骤：将酸性溶液、碳材料与含铅材料接触，以形成含碳材料的铅酸盐前驱物；以及使所述铅酸盐前驱物中的离子态所述铅还原，藉此于所述表面上与所述碳材料接触的范围内形成所述铅碳复合材界面层。

附图说明

图1为本发明的一种在以金属为基础的基材的表面上形成金属碳复合材界面层的方法的一个实施例的示意流程图。