動力與儲能電池用混合稀土鉛基合金的研究.pdf

1、閥控密封鉛酸蓄電池（VRLA）可作為太陽能儲能和動力電池的首選，近幾年來的實(shí)踐表明，蓄電池的壽命制約著太陽能儲能和電動車的發(fā)展。其板柵材料的好壞對蓄電池性能具有決定性作用。本文綜述了正極板柵材料的研究進(jìn)展，稀土對鉛酸蓄電池板柵合金性能的影響，以及稀土元素的物理、化學(xué)性質(zhì)。由于鑭鈰混合稀土的性價比更高，更加有利于企業(yè)的大量生產(chǎn)，因而選擇含鑭鈰的鉛合金材料進(jìn)行研究。通過對目前蓄電池廠家普遍使用的Pb-Ca-Sn一Al-Ag合金進(jìn)行配比優(yōu)化，

2、并在此基礎(chǔ)上添加La和Ce混合稀土，開發(fā)出實(shí)用新型的Pb-Ca-Sn-AL-Ag-La-Ce板柵合金。采用了交流阻抗、交流伏安、線性電位掃描、循環(huán)伏安、開路電位、計時電流等方法研究了添加稀土的板柵合金電極在硫酸溶液中的陽極行為，包括二氧化鉛的生長、鈍化膜生長、析氧等。結(jié)合偏光顯微技術(shù)、掃描電鏡技術(shù)等現(xiàn)代物理分析方法研究了板柵合金的微觀組織結(jié)構(gòu)以及腐蝕層形貌。研究了Pb-La-Ce合金的偏光顯微鏡測試的顯微組織結(jié)構(gòu)和在硫酸中的陽極行為。其

3、顯微組織和純鉛沒有很大區(qū)別，鑭鈰混合稀土添加到鉛合金中得到均勻的單相固溶體，使晶粒數(shù)量級地細(xì)化，使合金有更好的塑性和韌性。當(dāng)含量超過0.2％時則晶粒細(xì)化較弱。鑭鈰混合稀土的添加有利于降低合金電極表面氧化膜阻抗。添加小于0.01％的鑭鈰稀土相對于純鉛會有利于板柵合金中PbO2的生長，稀土含量的繼續(xù)增加則抑制PbO2生長。加入適當(dāng)稀土?xí)黾影鍠诺哪透g性能，同時明顯提高電池的析氫和析氧的過電位，有利于提高電池的深循環(huán)壽命。當(dāng)鑭鈰混合稀土含量

4、為0.1％時，各方面綜合性能更優(yōu)，效果更好。同時對Pb、Pb-Sm、Pb-La、Pb-La-Ce稀土合金的正極板柵行為進(jìn)行了比較研究。釤、鑭、鑭鈰混合稀土的添加都可以抑制腐蝕膜中導(dǎo)電性差的非化學(xué)計量氧化鉛的生成，增強(qiáng)膜的導(dǎo)電性，其中Pb-（LaCe）合金電極阻抗的降低最明顯。摻入0.05％的稀土有利于鉛電極表面導(dǎo)電性好的PbO2的生長和抑制PbO2向PbSO4的轉(zhuǎn)化，使鉛電極表面上的PbO2變得致密，并且抑制氫氣和氧氣的析出，其中添加稀

5、土La對析氫和析氧的抑制最明顯。經(jīng)優(yōu)化的Pb-Ca-Sn-Al-Ag合金中添加La-Ce，發(fā)現(xiàn)鑭鈰稀土的添加有利于降低鈍化膜的阻抗，有利于提高電池充放電性能，可抑制深放電時（0.9V）陽極Pb（Ⅱ）膜的生長，改善電池深循環(huán)性能。這有利于電池的充放電和免維護(hù)性的提高。當(dāng)鑭鈰混合稀土含量為0.15％左右時綜合性能更優(yōu)。從目前所測得數(shù)據(jù)看，Pb-Ca-Sn-Al-Ag-La-Ce合金各方面性能指標(biāo)明顯比傳統(tǒng)的Pb-Ca-Sn-Al-Ag合金的