การสูญเสียความจุตั้งแต่เนิ่นๆ ของแบตเตอรี่ตะกั่วกรด (PCL-3) - ซัลเฟตของอิเล็กโทรดขั้วลบแบบกลับไม่ได้

ผลการวิจัยแสดงให้เห็นว่า: ที่อัตราการคายประจุที่แตกต่างกัน การกระจายตัวของ PbSO4 ที่สร้างโดยอิเล็กโทรดลบจะแตกต่างกัน ที่อัตราการคายประจุต่ำ (< 0.5C20) ผลึก PbSO4 จะถูกกระจายอย่างสม่ำเสมอภายในแผ่น และอนุภาคของผลึกจะค่อนข้างหยาบ ในขณะที่ที่อัตราการคายประจุสูง (> 4C20) อนุภาคผลึกของผลึก PbSO4 จะมีขนาดเล็กและหนาแน่นบนพื้นผิว ของจาน ตามกลไกการทำให้สุกของ Ostwald ผลึกตะกั่วซัลเฟตขนาดเล็กมีแนวโน้มที่จะเปลี่ยนเป็นผลึกตะกั่วซัลเฟตหยาบโดยการตกผลึกใหม่ภายใต้การกระทำของพลังงานพื้นผิวจำเพาะ ผลึกตะกั่วซัลเฟตหยาบนี้ชาร์จและเปลี่ยนรูปได้ยากเนื่องจากมีความสามารถในการละลายต่ำ ทำให้เกิดเป็น "ซัลเฟตที่ไม่สามารถกลับคืนสภาพเดิมได้" ผลของซัลเฟตที่ไม่สามารถย้อนกลับได้: อายุการใช้งานภายใต้สภาวะการปล่อยกระแสลึกต่ำ อายุการใช้งานภายใต้สภาวะการปล่อยกระแสสูงและกระแสไฟสูงและอายุการใช้งานภายใต้การชาร์จเกินในระยะยาวในระยะยาวจะจำกัดเงื่อนไขการใช้งานและอายุการใช้งานของแบตเตอรี่ตะกั่วกรด อย่าง จริงจัง
ซัลเฟตที่กลับไม่ได้จะรุนแรงขึ้นอีกเนื่องจากการหดตัวของพื้นผิวจำเพาะของฟองน้ำตะกั่วในระหว่างรอบ
เนื่องจากเป็นสารออกฤทธิ์ ตะกั่วสปองจิฟอร์มเชิงลบจะหดตัวอย่างต่อเนื่องภายใต้การกระทำของพลังงานพื้นผิวจำเพาะในระหว่างการประจุและการคายประจุซ้ำๆ ซึ่งเป็นกระบวนการที่ไม่สามารถย้อนกลับได้ รูรับแสงของแผ่นจะมีขนาดใหญ่กว่าการหดตัวของพื้นผิว ซึ่งเอื้อต่อการก่อตัวของผลึกตะกั่วซัลเฟตที่หยาบกว่า ซึ่งนำไปสู่ความเข้มข้นของกระบวนการที่ไม่สามารถย้อนกลับได้ วิธีแก้ปัญหาการเกิดซัลเฟตของอิเล็กโทรดเชิงลบคือการใช้สารลดแรงตึงผิว (ลิกนิน กรดฮิวมิก) เพื่อยับยั้งการหดตัวของพื้นที่ผิวของสารออกฤทธิ์ อนุภาคตะกั่วซัลเฟตถูกทำให้บริสุทธิ์โดยนิวเคลียสคริสตัลแบเรียมซัลเฟต เพิ่มคาร์บอนแบล็ก กราไฟท์ ฯลฯ เพื่อเพิ่มการนำไฟฟ้า "เรียกว่าสารป้องกันการขยายตัว"
สารลดแรงตึงผิว - ลิกนิน กรดฮิวมิก ฯลฯ
หลักการ: การใช้การดูดซับที่พื้นผิวของลิกนิน พื้นที่ผิวจำเพาะของฟองน้ำตะกั่วจะเพิ่มขึ้นเมื่อ PbSO4 ลดลงเหลือฟองน้ำตะกั่ว ข้อบกพร่อง: ในสภาพแวดล้อมที่เป็นกรด จะเกิดการไฮโดรไลซิส ออกซิเดชันจะเกิดขึ้นเมื่อมีการรวมตัวของออกซิเจนอีกครั้ง และไฮโดรเจนไฮโดรไลซิสจะเกิดขึ้นเมื่อมีการชาร์จ ส่งผลให้ไม่มีความทนทานต่อบทบาทของลิกนิน และเริ่มล้มเหลวที่ประมาณ 200 รอบ ยิ่งอุณหภูมิสูง อัตราการสลายตัวก็จะยิ่งเร็วขึ้น

กลไกที่ซับซ้อนของวัสดุคาร์บอนในขั้วลบ

เนื่องจากโครงสร้างที่ซับซ้อนของวัสดุคาร์บอน กลไกการออกฤทธิ์ของวัสดุคาร์บอนในขั้วลบจึงซับซ้อนมากเช่นกัน
กลไกการออกฤทธิ์ของวัสดุคาร์บอนในอิเล็กโทรดลบสรุปได้เป็นกระบวนการทางกายภาพและเคมี:
กระบวนการทางกายภาพ - การนำไฟฟ้า ความจุไฟฟ้าแบบสองชั้น ผลกระทบของพื้นที่ผิว (การใช้งาน) จะรักษาพื้นที่ผิวเฉพาะระหว่างประจุและคายประจุ
กระบวนการทางเคมี - วัสดุคาร์บอนสามารถกระตุ้นการเปลี่ยน Pb2+ เป็น Pb ได้ (ปฏิกิริยาด้วยไฟฟ้า)
อิเล็กโทรดเชิงลบนั้นง่ายต่อการซัลเฟตและอิเล็กโทรดบวกนั้นไม่ค่อยมีซัลเฟตเนื่องจากปริมาตรของตะกั่วฟองน้ำเชิงลบจะเปลี่ยนแปลงอย่างมากในระหว่างการแปลงตะกั่วซัลเฟตซึ่งเป็นพื้นที่ที่ดีสำหรับการเจริญเติบโตของผลึกตะกั่วซัลเฟตและวัสดุคาร์บอนสามารถเติมได้ ความว่างเปล่าเพื่อสร้างอุปสรรคอันไร้ขอบเขต
ในกระบวนการชาร์จ วัสดุคาร์บอนที่แอคทีฟเคมีไฟฟ้ามีผลทางไฟฟ้าต่อการลดลงของ PbSO4 ในอิเล็กโทรดเชิงลบ และแรงดันไฟฟ้าในการชาร์จจะลดลงประมาณ 200~300mV การวิจัยเพิ่มเติมพบว่ากระบวนการตกผลึกแบบลด Pb2+ เกิดขึ้นบนพื้นผิวของวัสดุคาร์บอนและพื้นผิวตะกั่วในเวลาเดียวกัน ทำให้วัสดุคาร์บอนและฟองน้ำตะกั่วเชื่อมต่อกันเป็นองค์รวม กระแสบนพื้นผิวของวัสดุคาร์บอนสามารถลดความหนาแน่นกระแสได้ ของแผ่นลดโพลาไรเซชันและส่งเสริมการลดตะกั่วซัลเฟตซึ่งเรียกว่า "กลไกคู่ขนาน" ระหว่างการชาร์จ

คาร์บอนสีดำ

ผลกระทบ: (1) เป็นที่เชื่อกันโดยทั่วไปว่าการนำคาร์บอนแบล็คสามารถส่งเสริมการเปลี่ยนลีดซัลเฟตได้ (2) การดูดซับของคานทรงตัว (3) บริษัทแบตเตอรี่เก็บพลังงานของญี่ปุ่นเพิ่มปริมาณคาร์บอนแบล็คขึ้น 10 เท่าของปริมาณทั่วไป และพบว่ามีประสิทธิภาพสถานะการชาร์จบางส่วนที่มีอัตราสูงมาก (4) การศึกษาของ Pavlov พบว่าคาร์บอนแบล็คสามารถเปลี่ยนโครงสร้างโครงกระดูกของฟองน้ำตะกั่ว และคาร์บอนแบล็คมากเกินไปจะฝังอยู่ในฟองน้ำตะกั่ว แต่ลดการนำไฟฟ้าของโครงกระดูกตะกั่วฟองน้ำ ข้อบกพร่อง: (1) ปริมาณที่มากเกินไปจะรั่วไหลจากแผ่น ส่งผลให้เกิดการลัดวงจรขนาดเล็ก (2) ปริมาณที่มากเกินไปจะทำลายโครงสร้างโครงกระดูกของตะกั่วฟองน้ำ ส่งผลให้เกิดเมือกอิเล็กโทรดลบ (3) วิวัฒนาการของไฮโดรเจนที่มากเกินไปเป็นเรื่องร้ายแรง ฟังก์ชั่นถ่านกัมมันต์: (1) ถ่านกัมมันต์มีพื้นที่ผิวจำเพาะสูง ความจุชั้นไฟฟ้าสองชั้นที่ค่อนข้างสูง สามารถสร้างซุปเปอร์คาปาซิเตอร์แบบอสมมาตรที่มีตะกั่วไดออกไซด์เป็นบวก ประสิทธิภาพการขยายสูง (2) การวิจัยของ Pavlov แสดงให้เห็นว่าในระหว่างกระบวนการชาร์จ เดนไดรต์ตะกั่วจะเติบโตบนพื้นผิวของถ่านกัมมันต์ และสร้างโครงสร้างโครงกระดูกขั้นสุดท้ายด้วยฟองน้ำตะกั่ว ซึ่งเอื้อต่อการชาร์จและการคายประจุของตัวเก็บประจุสองชั้น (3) การศึกษาของเราพบว่าสัณฐานวิทยาการเจริญเติบโตของเดนไดรต์ตะกั่วนั้นแตกต่างไปตามโครงสร้างถ่านกัมมันต์ที่แตกต่างกัน และความตกผลึกของผลึกไมโครกราไฟต์ที่ประกอบเป็นถ่านกัมมันต์และความสม่ำเสมอของข้อบกพร่องที่พื้นผิวจะสูงขึ้น โดยมีความเป็นผลึกสูง การนำไฟฟ้าที่ดี และความสม่ำเสมอ ซึ่งเอื้อต่อการก่อตัวของ lamellar dendrites สูงกว่าพื้นผิวซึ่งเอื้อต่อการพลิกกลับของวงจรอิเล็กโทรด ข้อบกพร่อง: (1) ถ่านกัมมันต์เป็นโครงสร้างรูพรุนภายในที่มีพื้นผิวจำเพาะสูงและจุดแอคทีฟการวิวัฒนาการของไฮโดรเจนสูง ดังนั้นจึงไม่ใช่เรื่องง่ายที่จะปรับศักยภาพการวิวัฒนาการของไฮโดรเจน (2) การสะสมของตะกั่วจะปิดกั้นรู และความจุของชั้นไฟฟ้าสองชั้นจะค่อยๆสลายตัวตามความก้าวหน้าของวงจร (3) โครงสร้างที่มีรูพรุนมีความสามารถในการดูดซับได้ดี และจะดำเนินการดูดซับลิกนินในอิเล็กโทรดโดยไม่สามารถกลับคืนสภาพเดิมได้

กราไฟท์

ผลกระทบ: (1) J. Settelein ศึกษาการตกผลึกของลีดเดนไดรต์บนพื้นผิวของกราไฟท์แบบขยายและกราไฟท์ทรงกลม และพบว่ากราไฟท์แบบขยายมีผลดีต่อการเจริญเติบโตของเดนไดรต์ตะกั่วมากกว่า (2) Karel Micka เชื่อว่ากราไฟท์มีผลต้านทานในขั้วลบ ซึ่งสามารถยับยั้งการเจริญเติบโตของผลึกตะกั่วซัลเฟต (3) เราศึกษาการเติบโตของลีดเดนไดรต์ของกราไฟท์ทรงกลมและกราไฟท์เกล็ดธรรมชาติ และพบว่ากราไฟท์เกล็ดธรรมชาติเอื้อต่อการก่อตัวของเดนไดรต์แบบลาเมลลาร์ที่มีการกระจายตัวที่ดีมากกว่า ในขณะที่เดนไดรต์บนพื้นผิวของกราไฟท์ทรงกลมก่อให้เกิดโครงสร้างการเคลือบรอบๆ พื้นผิวของกราไฟท์ทรงกลมซึ่งไม่เอื้อต่อการปรับปรุงพื้นที่ผิวของฟองน้ำตะกั่ว ข้อบกพร่อง: (1) ต่ำกว่าพื้นผิว ไม่มีผลกระทบต่อความจุ (2) อนุภาคมีความหนา ความหนาแน่นสูง ปริมาณมีขนาดใหญ่ และผลกระทบของพื้นที่ผิวไม่ชัดเจน

ท่อนาโนคาร์บอน (เน้นการวิจัย)

ฟังก์ชั่น: (1) ท่อนาโนคาร์บอนเป็นวัสดุสองมิติที่มีค่าการนำไฟฟ้าสูงและเส้นทางนำไฟฟ้าที่ยาวซึ่งเอื้อต่อการปรับปรุงการนำไฟฟ้าของอิเล็กโทรด (2) การศึกษาแสดงให้เห็นว่าการเพิ่มท่อนาโนคาร์บอนลงในขั้วลบสามารถปรับปรุงการยอมรับประจุได้ และในขณะเดียวกันก็เอื้อต่อการก่อตัวของอนุภาคละเอียดของผลึกตะกั่วซัลเฟตในระหว่างการปล่อยออกมา
ข้อบกพร่อง: (1) ความยากในการกระจาย; (2) ราคาค่อนข้างแพง

กราฟีน (ฮอตสปอตการวิจัย)

ฟังก์ชั่น: (1) วัสดุสองมิติที่มีค่าการนำไฟฟ้าที่ดีเยี่ยม;
(2) การนำไฟฟ้าที่ดีเยี่ยม กระตุ้นให้เกิดช่วงการแผ่รังสีการเจริญเติบโตของตะกั่วเดนไดรต์กว้างขึ้น
(3) การดูดซับลิกนินแบบพลิกกลับได้เกิดขึ้นจากโครงสร้างระนาบสองมิติ
(4) ผล steric ต่อตะกั่วซัลเฟตมีความสำคัญมากกว่า
(5) ชัดเจนกว่าเอฟเฟกต์พื้นที่ผิว
ข้อบกพร่อง: (1) จำเป็นต้องยับยั้งวิวัฒนาการของไฮโดรเจนที่มีศักยภาพมากเกินไป (2) ต้นทุนการผลิตจำเป็นต้องลดลงอีก