一種鉛酸蓄電池測試用工作電極及其製備方法與流程
2023-07-25 20:26:41 1
本發明涉及鉛酸蓄電池領域，尤其涉及一種鉛酸蓄電池測試用工作電極及其製備方法。
背景技術：
鉛酸蓄電池應用發展歷史已有一百多年，在工藝生產技術上已發展得較為成熟，但隨著其它新型能源電池技術的興起和市場環境的變化對鉛蓄電池的初期性能提出了更高的要求，所以引進了新材料、新物質的應用來提高其性能，在對添加新材料後的活性物質檢測其鉛及鉛氧化物的氧化還原電位，判斷其析氫析氧電位來決定其應用前景
目前，鉛酸蓄電池行業在研究電池活性物質的循環伏安曲線或者交流阻抗技術測試時，採用極板上取樣包膜後用環氧樹脂覆蓋在其表面，然後在表面開窗使其與測試溶液接觸反應，過程使用的極板面積大，對儀器測試量程要求大和不能精準測量過程中活性物質質量變化，這對研究極板的電化學反應過程中產生了一定的影響，使得研究過程操作不便。
本申請人的在先專利、申請號為cn201420749400.8的中國專利公開了一種鉛酸蓄電池研究用工作電極，旨在解決現有的極板不能滿足鉛酸蓄電池研究活性物質特性時儀器的測試量程和測試安裝，研究過程操作不便的不足。該實用新型包括絕緣體環、與絕緣體環緊固連接的導電鉛條，導電鉛條前端設有「十」字形的固化頭，固化頭設置在絕緣體環內，絕緣體環內固化有活性物質，固化頭封閉固化在活性物質內。這種結構的工作電極可以從電化學方面來研究在化成過程或者循環過程中活性物質材料的變化過程，能夠滿足鉛酸蓄電池研究活性物質特性時儀器的測試量程和測試安裝，研究過程操作方便。
上述專利是從結構方面對工作電極進行改進的，為了進一步提高，需要從其材料上進行改進。
技術實現要素：
為了解決上述技術問題，本發明提供了一種鉛酸蓄電池測試用工作電極及其製備方法。本發明能夠克服原有過程工作電極測試使用的極板面積大，對儀器測試量程要求大和不能精準測量過程中活性物質質量變化，造成研究過程操作的不足。利用該工作電極可以從電化學方面來研究在化成過程或者循環過程中活性物質材料的變化過程，能夠滿足鉛酸蓄電池研究活性物質特性時儀器的測試量程和測試安裝，研究過程操作方便。
本發明的具體技術方案為：一種鉛酸蓄電池測試用工作電極，包括導電基體、多孔活性物質層和離子可滲透薄膜；所述多孔活性物質層由多孔活性物質漿料塗覆於所述導電集體表面後固化形成，所述離子可滲透薄膜包覆於多孔活性物質層表面；離子可滲透薄膜為可阻擋鉛離子自由遷移、滲透的小孔徑離子交換膜。
本發明能夠克服原有過程工作電極測試使用的極板面積大，對儀器測試量程要求大和不能精準測量過程中活性物質質量變化，造成研究過程操作的不足。利用該工作電極可以從電化學方面來研究在化成過程或者循環過程中活性物質材料的變化過程，能夠滿足鉛酸蓄電池研究活性物質特性時儀器的測試量程和測試安裝，研究過程操作方便。
其中，離子可滲透薄膜的作用主要是抵擋金屬大顆粒物質自由移動到溶液中，同時與活性物質形成微電路，加大自放電電流過程。
作為優選，所述導電基體為導電鉛金屬、鉛合金或耐腐蝕導電金屬。
採用上述金屬作為支撐骨架和電流傳輸集流體，能快速的將其活性物質進行轉化。
作為優選，所述導電基體的厚度為1-10mm，所述多孔活性物質層的厚度為5-25mm，所述離子可滲透薄膜的厚度為2-45微米。
本發明的工作電極塗層比極板厚度更薄，活物量少，活物轉化就快，能有效的減少掃描時間。
作為優選，所述多孔活性物質漿料包括以下重量份的原料：包含親水基團的表面活性劑或包含親水基團的分散劑0.15-2.5份，活性物質98.2-99份，無機鹽0.5-1份，導電碳材料0.1-0.3份，導電聚合物0.2-0.4份，濃度為42-55wt%的硫酸溶液7.4-11.9份，去離子水8.8-13.9份。
作為優選，所述表面活性劑或分散劑選自磺化芳烴聚合物。進一步可選優為木素磺酸鹽、萘磺酸甲醛縮合物或者其混合物。上述物質結構穩定，能有效附著在活性物質的表面，是其硫酸鹽化過程可逆性更強。
作為優選，所述無機鹽選自硫酸鋇、硫酸鉛、硫酸鈣、硫酸鈉、硫酸亞錫中的至少一種。
作為優選，所述導電碳材料選自炭黑、石墨、石墨烯、碳納米管、活性碳中的至少一種；所述導電聚合物選自聚苯胺、聚亞苯基亞乙烯基、聚乙烯吡咯烷酮、聚乙炔、聚噻吩、聚苯硫醚中的至少一種。
由於工作電極測試過程電流測試範圍更精確，添加導電聚合物能將電極之間的差異性更直觀的將其表徵出來。
一種鉛酸蓄電池測試用工作電極的製備方法，包括以下步驟：
（a）將離散的導電碳材料纖維和表面活性劑或分散劑添加入容器中，接著添加去離子水，混合均勻後在75-85℃條件下攪拌15-30min；
（b）將攪拌後的混合液靜置10-20min，溫度降至室溫時，加入無機鹽和導電聚合物混合，繼續攪拌15-25min，得到混合均勻的添加劑溶液；
（c）將添加劑溶液與活性物質混合，攪拌均勻後得到其混合漿料，過程中控制ph為中性或弱鹼性；
（d）向混合漿料中緩慢勻速加入硫酸溶液，攪拌均勻，期間控制溫度為45-62℃，得到多孔活性物質漿料；
（e）在導電基體上刮塗厚度均一的多孔活性物質漿料，固化後形成多孔活性物質塗層，將離子可滲透薄膜包覆於多孔活性物質層表面，得到極板半成品；
（f）將極板半成品放入到中溫高溼的環境下固化乾燥40-56h後，使用環氧樹脂封裝導電基體上用於連接的連接金屬條，得到工作電極。
作為優選，步驟（a）、（b）中的攪拌速度為600-800r/min，步驟（c）、（d）中的攪拌速度為200-360r/min。
作為優選，步驟（f）中，所述中溫高溼環境為溫度40-55℃，相對溼度95-100%。
與現有技術對比，本發明的有益效果是：
1、提供了一種鉛蓄電池用工作電極製作方法和模型，解決了因極板測試循環伏安和交流阻抗測試不精確、不方便的問題。
2、本發明工作電極製備過程簡單明了，能夠滿足鉛酸蓄電池研究活性物質特性時儀器的測試量程和測試安裝
3、本發明的工作電極質量少，塗層薄，活物轉化速度快，大大縮減了測試使用時間。
附圖說明
圖1為用正常極板製備工作電極循環伏安曲線圖；
圖2為實施例1的工作電極循環伏安曲線圖。
具體實施方式
下面結合實施例對本發明作進一步的描述。
實施例1
一種鉛酸蓄電池測試用工作電極，包括導電基體、多孔活性物質層和離子可滲透薄膜；所述多孔活性物質層由多孔活性物質漿料塗覆於所述導電集體表面後固化形成，所述離子可滲透薄膜包覆於多孔活性物質層表面。
所述導電基體的厚度為5mm，所述多孔活性物質層的厚度為15mm，所述離子可滲透薄膜的厚度為34微米。
所述離子可滲透薄膜為聚乙烯膜。
所述導電基體為鉛鈣錫鋁合金。
所述多孔活性物質漿料包括以下重量份的原料：萘磺酸甲醛縮合物和木素磺酸鹽的混合物0.3份，氧化鉛鉛粉98.5份，硫酸鈉、硫酸亞錫的混合物0.5份，碳納米管0.3份，聚苯胺0.4份，濃度為50wt%的硫酸溶液9.7份，去離子水11.4份。
一種鉛酸蓄電池測試用工作電極的製備方法，包括以下步驟：
（a）將離散的導電碳材料纖維和表面活性劑或分散劑添加入容器中，接著添加去離子水，混合均勻後在80℃條件下攪拌（700r/min）25min；
（b）將攪拌後的混合液靜置15min，溫度降至室溫時，加入無機鹽和導電聚合物混合，繼續攪拌（700r/min）20min，得到混合均勻的添加劑溶液；
（c）將添加劑溶液與活性物質混合，攪拌（280r/min）均勻後得到其混合漿料，過程中控制ph為中性；
（d）向混合漿料中緩慢勻速加入硫酸溶液，攪拌（280r/min）均勻，期間控制溫度為55℃，得到多孔活性物質漿料；
（e）在導電基體上刮塗厚度均一的多孔活性物質漿料，固化後形成多孔活性物質塗層，將離子可滲透薄膜包覆於多孔活性物質層表面，得到極板半成品；
（f）將極板半成品放入到中溫高溼（溫度48℃，相對溼度98%）的環境下固化乾燥48h後，使用環氧樹脂封裝導電基體上用於連接的連接金屬條，得到工作電極。
實施例2
一種鉛酸蓄電池測試用工作電極，包括導電基體、多孔活性物質層和離子可滲透薄膜；所述多孔活性物質層由多孔活性物質漿料塗覆於所述導電集體表面後固化形成，所述離子可滲透薄膜包覆於多孔活性物質層表面。
所述導電基體的厚度為1mm，所述多孔活性物質層的厚度為5mm，所述離子可滲透薄膜的厚度為2微米。
所述離子可滲透薄膜為聚丙烯膜。
所述導電基體為導電鉛金屬。
所述多孔活性物質漿料包括以下重量份的原料：木素磺酸鹽0.2份，氧化鉛鉛粉99份，硫酸鋇、硫酸鉛的混合物0.5份，炭黑、石墨烯的混合物0.1份，聚亞苯基亞乙烯基0.2份，濃度為42wt%的硫酸溶液7.4份，去離子水8.8份。
一種鉛酸蓄電池測試用工作電極的製備方法，包括以下步驟：
（a）將離散的導電碳材料纖維和表面活性劑或分散劑添加入容器中，接著添加去離子水，混合均勻後在75℃條件下攪拌（800r/min）30min；
（b）將攪拌後的混合液靜置10min，溫度降至室溫時，加入無機鹽和導電聚合物混合，繼續攪拌（800r/min）25min，得到混合均勻的添加劑溶液；
（c）將添加劑溶液與活性物質混合，攪拌（360r/min）均勻後得到其混合漿料，過程中控制ph為弱鹼性；
（d）向混合漿料中緩慢勻速加入硫酸溶液，攪拌（360r/min）均勻，期間控制溫度為45℃，得到多孔活性物質漿料；
（e）在導電基體上刮塗厚度均一的多孔活性物質漿料，固化後形成多孔活性物質塗層，將離子可滲透薄膜包覆於多孔活性物質層表面，得到極板半成品；
（f）將極板半成品放入到中溫高溼（溫度40℃，相對溼度95%）的環境下固化乾燥40h後，使用環氧樹脂封裝導電基體上用於連接的連接金屬條，得到工作電極。
實施例3
一種鉛酸蓄電池測試用工作電極，包括導電基體、多孔活性物質層和離子可滲透薄膜；所述多孔活性物質層由多孔活性物質漿料塗覆於所述導電集體表面後固化形成，所述離子可滲透薄膜包覆於多孔活性物質層表面。
所述導電基體的厚度為10mm，所述多孔活性物質層的厚度為25mm，所述離子可滲透薄膜的厚度為45微米。
所述離子可滲透薄膜為聚丙烯膜。
所述導電基體為鉛合金。
所述多孔活性物質漿料包括以下重量份的原料：萘磺酸甲醛縮合物0.3份，氧化鉛鉛粉98.7份，硫酸鈣0.5份，活性碳0.2份，聚噻吩0.3份，濃度為55wt%的硫酸溶液11.9份，去離子水13.9份。
一種鉛酸蓄電池測試用工作電極的製備方法，包括以下步驟：
（a）將離散的導電碳材料纖維和表面活性劑或分散劑添加入容器中，接著添加去離子水，混合均勻後在85℃條件下攪拌（600r/min）15min；
（b）將攪拌後的混合液靜置20min，溫度降至室溫時，加入無機鹽和導電聚合物混合，繼續攪拌（600r/min）15min，得到混合均勻的添加劑溶液；
（c）將添加劑溶液與活性物質混合，攪拌（200r/min）均勻後得到其混合漿料，過程中控制ph為中性；
（d）向混合漿料中緩慢勻速加入硫酸溶液，攪拌（200r/min）均勻，期間控制溫度為62℃，得到多孔活性物質漿料；
（e）在導電基體上刮塗厚度均一的多孔活性物質漿料，固化後形成多孔活性物質塗層，將離子可滲透薄膜包覆於多孔活性物質層表面，得到極板半成品；
（f）將極板半成品放入到中溫高溼（溫度55℃，相對溼度100%）的環境下固化乾燥56h後，使用環氧樹脂封裝導電基體上用於連接的連接金屬條，得到工作電極。
性能對比
如圖1所示，為現有技術中用正常極板製備工作電極循環伏安曲線圖，如圖2所示，為發明實施例1的工作電極循環伏安曲線圖，從曲線圖中可以看出，相比圖1，採用實施例1的工作電極的掃描過程圖採用的掃描次數更少，掃描線更集中。雖然用正常極板製備的工作電極的加持電壓掃描最後也能達到這樣的效果，但是其掃描的次數得更多，時間上花費的更多。同時也能干擾到活性物質特徵峰的精確判斷。
本發明中所用原料、設備，若無特別說明，均為本領域的常用原料、設備；本發明中所用方法，若無特別說明，均為本領域的常規方法。
以上所述，僅是本發明的較佳實施例，並非對本發明作任何限制，凡是根據本發明技術實質對以上實施例所作的任何簡單修改、變更以及等效變換，均仍屬於本發明技術方案的保護範圍。