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新型电动自行车用铅酸蓄电池正极板栅合金的研究

李石

   本文进行了大量的文献调研,归纳综述了铅酸电池的结构原理,特别是正极板栅材料的研究进展,钐对铅酸蓄电池板栅合金性能的影响,从而选择含钐的铅合金材料进行研究。 本文使用循环伏安、线性电位扫描、交流阻抗等电化学方法研究了含钐的铅合金材料在硫酸溶液中的电化学行为,使用XRD、SEM等方法对合金材料的金相结构及其变化情况进行了观察。 在进行铅钐二元合金的金相观察时,发现得到均匀的单相固溶体。由铅钐二元合金组织形态平均晶粒度随合金中钐含量的变化趋势可知,掺入了一定量的钐可以细化铅晶粒,其中,当掺入0.02%和0.04%的Sm时,晶粒度可以减少一半左右。 铅和铅钐二元合金的循环伏安试验中,发现两合金的阴极还原电量Qred随循环次数N的增加呈良好的线性关系,且Pb-Sm合金的阴极还原电量增长率明显小于Pb的增长率。 铅和铅钐二元合金的交流阻抗试验表明,当Sm的掺入量为0.02%~0.04%时,电极表面在0.9V下极化生成的氧化膜电化学反应阻抗非常高,而当掺入量为0.12%时,能有效降低Pb电极表面生成的氧化膜电化学反应阻抗。而交流伏安试验表明,钐(Sm)的添加可降低膜阻抗的实部z’,并在一定程度上促进阳极膜中的PbO氧化为Pb_(1+x)。 铅钐二元合金析氢线性电位扫描法说明,加入钐后对析氢可能有抑制作用。铅钐二元合金析氧线性电位扫描法说明,钐对铅酸蓄电池析氧行为同样是有抑制作用的。钐含量为0.021%时的析氧过电位都是是最大的,即该含量析气量是最小的。 Pb-Ca-Sn-Al-Sm五元合金的循环伏安试验试验结果说明,在氧化过程中,随着稀土元素Sm的掺入,Pb→PbSO_4的转化峰临界钝化电流减少,氧化反应更难发生,说明不易生成导电性差的非化学计量的铅氧化物PbO_n。在逆向扫描过程中添加稀土元素Sm后所生成的PbO_2减少,PbO_2的还原过程更容易。这样有利于深放电循环,克服早期容量衰减现象。 Pb-Ca-Sn-Al-Sm五元合金在0.9V下恒电位氧化1h的线性电位扫描试验说明,添加稀土元素Sm后,非化学计量的氧化铅和硫酸铅减少,膜的导电性能和深充放电性能可能有所提高。1.45V下恒电位氧化1h的线性电位扫描试验说明,钐的掺入对合金表面生成α—PbO_2影响不大,但有利于合金表面导电性良好的β—PbO_2的生成。 Pb-Ca-Sn-Al-Sm五元合金的交流伏安试验结果表明,Sm具有降低铅阳极膜阻抗的作用。上述结果预示着以Sm,作为合金添加剂制造铅蓄电池板栅合金,有可能降低阳极Pb(Ⅱ)膜的电阻,改善铅蓄电池的深充深放电性能。 添加稀土元素Sm可以提高五元铅基合金的当日硬度,增强板栅合金的机械强度。但对板栅合金的时效硬度影响不如钙的影响大。析氧试验结果说明,添加稀土元素Sm可以提高铅钙合金析氧过电位,提高阀控密封蓄电池效率。 电池循环性能测试说明,用Pb-Ca-Sn-Al-Sm合金比用Pb-Ca-Sn-Al合金作为电池的正极板栅,电池的深循环寿命要长很多,而且接近用Pb-Sb-Cd合金作正极板栅的电池深循环寿命。……   
[关键词]:铅酸蓄电池;电动自行车;板栅合金;铅合金;;稀土元素
[文献类型]:硕士论文
[文献出处]:华南师范大学2007年
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