專利名稱：鉛酸蓄電池納米碳活化劑的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及鉛電池領(lǐng)域，特別是對提高鉛酸蓄電池的綜合性能及使廢棄的鉛酸電池再生復(fù)活，將廢棄的硫酸電解液再利用。降低了廢舊鉛電池產(chǎn)生的污染。即保護了環(huán)境、以延長了鉛電池的使用壽命和節(jié)省了能源的一種＜15nm的碳粉微粒的鉛酸電池活化劑。
現(xiàn)鉛酸電池存在電極板的腐蝕及電極活化物質(zhì)抗蝕性和導(dǎo)電性能下降的問題，使鉛電池作為其優(yōu)越性能及其表理之間有某種意義上的性能局限。正極PbO2是一種半導(dǎo)體物質(zhì)，其導(dǎo)電性能對溫度，尤其是摻雜有極強的敏感性，由于充放電過程不斷有不導(dǎo)電的硫酸鉛摻雜到正極板上，使正極板的導(dǎo)電性銳減，甚至使蓄電池充不進電，導(dǎo)致蓄電池報廢或使電池在放電過程中出現(xiàn)局部的熱脹冷縮，導(dǎo)致正極板開裂、剝蝕、脫落等現(xiàn)象，直致失去功能。
其次關(guān)于環(huán)境方面的問題，傳統(tǒng)的鉛酸電池使用2-3年就被報廢。由于處理、回收、再生廢棄物品費用昂貴，從事廢棄物處理的從業(yè)人員，沒有辦法來處理，實際上就堆積，棄置在野外。構(gòu)成此被廢棄的稀硫酸等是公害物質(zhì)，它會引起第二次公害，有的被投入江海野地中。由此被廢棄的鉛酸電池引起江海，土地的污染在加速。
所述碳活化劑主要是由非常微小的＜15nm并帶有負電荷的有機碳材料組成。注入電池中在電的作用下活化劑中的碳粉粒就像磁石一樣，能緊緊地吸附在PbO2組成的正極板上。碳粉微粒子直徑為2～15nm。比表面積為860m2/g，多孔度為58％，形成表面積巨大的導(dǎo)電表面膜，其表面被賦與-COO-或-CO-其團。并通過電氣化學(xué)修飾過的碳膠態(tài)溶液產(chǎn)生的電化學(xué)摻雜而被活化。激活并抑制生成不可逆PbO4，大大降低電極板內(nèi)阻，使電化學(xué)反應(yīng)更迅速徹底、均衡。因而能全面提高鉛電池的容量，起動、壽命，及再生復(fù)活的性能。
所述含有碳活化劑，與鉛酸蓄電池稀硫酸電解液混合中，分散極好，長時期放置也難以沉降。把電極浸潤在這種加入活化劑的電解液中，外加直流電壓。納米碳參與電化學(xué)反應(yīng)時納米碳粒子被吸附到蓄電池正極扳上，正極活化物質(zhì)表面直到微細的細孔被擠得滿滿的碳素粉末埋沒，活物質(zhì)和正極板板柵的微小間隙也被碳素粉末侵入并埋沒這些間隙。然而，這種碳素粉末與物理覆蓋粉末不同，是被電氣吸引力覆在正極上的。是不會脫落的，這種情況，減少了活物質(zhì)之間及板柵和活物質(zhì)之間的電阻，使電池內(nèi)阻大為降低，另正極的鈍化主要是因為正極活物質(zhì)的細孔被硫酸鉛塞住，或者活物質(zhì)表面被硫酸鉛覆蓋，注入納米碳活化液后這種碳素粉末的皮膜阻止了硫酸鉛向活物質(zhì)的附著，阻止了正極的鈍化。相反，充電時有效地發(fā)揮了硫酸鉛的剝離和分解作用。這種現(xiàn)象大大地關(guān)系到蓄電池的激活，延長了使用壽命。另將納米碳活化液干燥成納米碳粉末。作為再生劑加入電解液中，同樣可使鉛酸蓄電池活化。
本發(fā)明鉛酸電池用的＜15mm碳活化劑為水系。制造的方法采用電解氧化法。電解氧化法就是以碳素材料作正極，用此法電解氧化產(chǎn)出的碳粉未粒度細，帶負電荷，親酸水性，在鉛電池電解液中縣濁性穩(wěn)定不分層，本方案制造實施方法將碳素材料作為正極，在水中外加直流電壓。當(dāng)電流慢慢變大達到制造設(shè)定的臨界電流時，在正極上析出霧狀碳素粉未粒。析出的粉未粒在水中懸濁，通過析出的碳素粉未在正極電沉積的現(xiàn)象，斷定析出粉未帶負電，把這種析出的粉未叫電解氧化粉未。這種處理工藝就是本案實施的電解氧化法。制造中的溶劑最好根據(jù)作用的目的調(diào)正添加酸性溶液和其它電解液。
用于碳陽極的碳材料，可選用結(jié)品質(zhì)，非結(jié)品質(zhì)、天然的、人工的、任何碳材料，其中以石墨碳為最佳。電極的形狀，本案選用的是板塊，將長81mm，寬60mm，厚21mm石墨碳為正極。采用碳塊為負極、用不導(dǎo)電樹脂間隔3mm，電解液使用無鐵離子的純凈水，通入直流電3.5A30h，產(chǎn)出懸濁液的碳粉未量為4.5Wf％.
本案加入量，用于化成工序5％，再生電池為6％，新電池3％，使用中的電池為4％。
例一、在乙廢棄的礦燈KS-8鉛電池，每單格內(nèi)加注8毫升。
共加注16毫升，充電1A，8小時，截上電壓為3.5V，用礦燈進行實用極電，結(jié)果加注活化劑的亮燈9.12小時，未加注的只補充電解液亮燈4小時，圖一為測量的電壓與時間曲線所示。
例二、 將一只6-QA60型新鉛電池，每格加注活化劑20毫升，6格共注120毫升，用正常充電12小時，在相同條件下加入活化劑的放電時間為100分鐘，未加注的放電84分鐘，按上所比較注入碳活化劑的鉛電池容量增加15％以上。使用見圖二的電壓與時間關(guān)系曲線所示。


圖內(nèi)(V)表示電壓伏，圖內(nèi)(h)為小時，圖內(nèi)(min)分鐘，圖A表示加注碳活劑的曲線、圖B表示未加注碳活化劑的曲線。
權(quán)利要求
1.發(fā)明屬于化學(xué)電源中一種高性能鉛酸蓄電池碳活化物質(zhì)的制備方法，其特征在于它的制造工藝是電解氧化法。將純度大于99.5％的石墨碳板塊，采用直流電源，電解氧化所制成5～15nm的碳活化劑液體及烘干后的干粉顆粒。
2.按照權(quán)利1所述活化劑碳粉量為1～0.5％，電解溶液為水+流酸、PH值為6，活化劑為膠體。
3.按照權(quán)利1.2所述制成的碳活化劑是帶負電荷的有機碳粉末，其粉末顆粒為15nm內(nèi)。
4.按照權(quán)利1所述其負極為防金屬雜物分解到電解液中，影響蓄電池的使用性能，故本方案采用的負極為高純度的碳塊。
5.按權(quán)利1.2.3.4所述，本方案制造的帶負電荷碳活化劑用于。(1)新電池加注量為3％、(2)用于使用中的電池加注量為4％。(3)用于化成工序加注量為5％。(4)用于廢棄再生電池加注量為6％。
6.按權(quán)利1所述，本方案法制造的碳粉表面積為＞500m2/以上，多孔度為＞50％以上。
全文摘要
本發(fā)明是一種鉛酸蓄電池碳活化劑，碳粉顆粒為15nm以下。并具有超群的導(dǎo)電性能。碳活化劑加注到鉛電池內(nèi)使用，在電的幫助下碳粉粒被吸附和滲透到正極板上形成表面積巨大的導(dǎo)電面膜及新的基核。使蓄電池①可大電流充電和高于額定值二倍以上放電，而電池溫度均在標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)。②降低蓄電池內(nèi)阻。③蓄電池的使用壽命延長一倍以上。④此劑應(yīng)用到廢棄的電池中可再生復(fù)活。碳活化劑是無毒、無腐蝕性、可減少污染的高性能活化液劑或粉體。
文檔編號H01M10/42GK1440087SQ0310504
公開日2003年9月3日 申請日期2003年3月3日 優(yōu)先權(quán)日2003年3月3日
發(fā)明者王祥西, 王 琦 申請人:王祥西