РОСТ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК СВИНЦОВО−КИСЛОТНОГО АККУМУЛЯТОРА ПОД ВЛИЯНИЕМ МИКРОУГЛЕРОДНЫХ ДОБАВОК

Исследованы особенности и изменения микроструктуры электродного материала отрицательного электрода свинцово−кислотных стартерных аккумуляторных батарей, возникающие при добавлении двух различных образцов углерода: технического или гибридного. Проведен рентгенофазовый и электронно− микроскопический анализ материала электрода. Установлено, что использование технического или гибридного углерода в качестве добавки к материалу отрицательного электрода оказывает влияние на его структуру, вызывая изменения в процессах его пропитывания и формирования. На основании структурных исследований предложено качественное описание, в соответствии с которым гибридный углерод повышает дисперсность отрицательной активной массы, затрудняет диффузию сульфат−ионов. Проведены типовые испытания путем интенсивного циклирования в не полностью заряженном состоянии свинцово−кислотных стартерных батарей в режиме «заряд—разряд». Батареи изготовлены с использованием отрицательных пластин с добавками технического или гибридного углерода. Определено влияние каждого типа углеродной добавки на электрические характеристики стартерных батарей. Так, показано, что добавка гибридного углерода способствует увеличению срока службы стартерных батарей при эксплуатации в не полностью заряженном состоянии. Такая добавка повышает прием заряда в среднем на 9 % и устойчивость батареи к глубокому разряду, когда падение емкости составляет не более 4,4 %, а в случае использования технического углерода падение емкости составляет 7,2 %.

1. Schaeck S., Stoermer A. O., Kaiser F., Koehler L., Albers J., Kabza H. Lead−acid batteries in micro−hybrid applications. Pt I. Selected key parameters // J. Power Sources. − 2011. − V. 196, iss. 3. − P. 1541—1554. DOI: 10.1016/j.jpowsour.2010.08.077

2. Bača P., Micka K., Křivík P., Tonar K., Tošer P. Study of the influence of carbon on the negative lead−acid battery electrodes // J. Power Sources. − 2011. − V. 196, iss. 8. − P. 3988—3992. DOI: 10.1016/j.jpowsour.2010.11.046

3. Pavlov D., Nikolov P., Rogachev T. Influence of carbons on the structure of the negative active material of lead−acid batteries and on battery performance // J. Power Sources. − 2011. − V. 196, N 11. − P. 5155—5167. DOI: 10.1016/j.jpowsour.2011.02.014

4. Кузьменко А. П., Гречушников Е.А., Харсеев В.А. Влияние углерода на структуру положительной пасты и технико− эксплуатационные характеристики свинцово−кислотных аккумуляторных батарей // Будущее науки − 2013: материалы Междунар. молодежной науч. конф. − Курск: Университетская книга, 2013. − Т. 3. − С. 303—307.

5. Swogger S. W., Everill P., Dubey D. P., Sugumaran N. Discrete carbon nanotubes increase lead acid battery charge acceptance and performance // J. Power Sources. − 2014. − V. 261. − P. 55—63. DOI: 10.1016/j.jpowsour.2014.03.049

6. Saravanan M., Sennu P., Ganesan M., Ambalavanan S. Multi−walled carbon nanotubes percolation network enhanced the performance of negative electrode for lead−acid battery // J. Electrochem. Soc. − 2013. − V. 160, iss 1. − P. A70—A76. DOI: 10.1149/2.062301jes

7. Srivastava S. Sorption of divalent metal ions from aqueous solution by oxidized carbon nanotubes and nanocages: A review // Adv. Mater. Lett. − 2013. − V. 4, iss. 1. − P. 2—8. DOI: 10.5185/amlett.2013.icnano.110

8. Kuzmenko A. P., Grechushnikov E. A., Kharseev V. A., Dobromyslov M. B. Influence of electroconductive additives in the positive electrode material on morphology, structure and characteristics of the lead−acid batteries // Ж. нано− электрон. физ. − 2014. − Т. 6, № 3. − С. 03028−1—03028−4.

9. Кузьменко А. П., Степанов А. В., Ниязи Ф. Ф, Иванов А. М., Гречушников Е. А., Харсеев В. А. Взаимосвязь состава, структуры и свойств электродных аккумуляторных паст // Изв. Юго−Западного гос. ун−та. − 2012. − № 2(41), Ч. 1. − С. 102—109.

10. Kuzmenko A. P., Grechushnikov E. A., Kharseev V. A., Dobromyslov M. B. Microstructural barrier−locking formation mechanism of dispersed current−forming components of current power supply // Ж. нано− электрон. физ. − 2014. − Т. 6, № 3. − С. 03025− 1—03025−3. URL: http://nbuv.gov.ua/UJRN/jnef_2014_6_3_27

11. Rand D. A. J., Garche J., Moseley P. T., Parker C. D. Valve− regulated lead−acid batteries. −Amsterdam : Elsevier, 2004. − 602 p. DOI: 10.1016/B978-044450746-4/50000-3

12. Morteza Moradi, Zargham Bagheri, Ali Bodaghi. Li interactions with the B40 fullerene and its application in Li−ion batteries: DFT studies // Physica E: Low−dimensional Systems and Nanostructures. − 2017. − V. 89. − P. 148—154. DOI: 10.1016/j.physe.2017.02.018

13. Li Zhao, Baishuang Chen, Dianlong Wang. Effects of electrochemically active carbon and indium (III) oxide in negative plates on cycle performance of valve−regulated lead−acid batteries during high−rate partial−state−of−charge operation // J. Power Sources. − 2013. − V. 231. − P. 34—38. DOI: 10.1016/j.jpowsour.2012.12.083

14. Lam L. T., Louey R., Haigh N. P., Lim O. V., Vella D. G., Phyland C. G., Vu L. H., Furukawa J., Takada T., Monma D., Kano T. VRLA Ultrabattery for high−rate partial−state−of−charge operation // J. Power Sources. − 2007. − V. 174, iss. 1. − P. 16—29. DOI: 10.1016/j.jpowsour.2007.05.047

15. Jiayuan Xiang, Ping Ding, Hao Zhang, Xianzhang Wu, Jian Chen, Yusheng Yang. Beneficial effects of activated carbon additives on the performance of negative lead−acid battery electrode for high− rate partial−state−of−charge operation // J. Power Sources. − 2013. − V. 241. − P.150—158. DOI: 10.1016/j.jpowsour.2013.04.106

16. Moseley P. T. High rate partial−state−of−charge operation of VRLA batteries // J. Power Sources. − 2004. − V. 127, iss. 1–2. − P. 27—32. DOI: 10.1016/j.jpowsour.2003.09.005

17. Ebner E., Burow D., Börger A., Wark M., Atanassova P., Valenciano J. Carbon blacks for the extension of the cycle life in flooded lead acid batteries for micro−hybrid applications // J. Power Sources. − 2013. − V. 239. − P. 483—489. DOI: 10.1016/j.jpowsour.2013.03.124

18. Atanassova P., Kossyrev P., Moeser G., Kyrlidis A., Oljaca M. Carbons in lead−acid batteries − structure and properties // 8−th Internat. Conf. on Lead−Acid Batteries. − Albena, 2011. − P. 5—8.

19. Pavlov D. Lead−acid batteries: Science and technology. A handbook of lead acid battery technology and its influence on the product. − Amsterdam ; Oxford : Elsevier Science, 2011. − 656 p. URL: https://www.elsevier.com/books/lead-acid-batteries-science-andtechnology/pavlov/978-0-444-52882-7

20. Burbank J. Anodic oxidation of the basic sulfates of lead // J. Electrochem. Soc. − 1966. − V. 113, iss. 1. − P. 10—14. DOI: 10.1149/1.2423844

21. Prout L. Aspects of lead/acid battery technology. 4. Plate formation // J. Power Sources. − 1993. − V. 41, iss. 1–2. − P. 195—219. DOI: 10.1016/0378-7753(93)85012-D

22. Кузьменко А. П., Гречушников Е. А., Харсеев В. А. Влияние углеродных наноструктур в отрицательном электродном материале на эксплуатационные характеристики свинцово− кислотного аккумулятора // Изв. Юго−Западного гос. ун−та. Сер. Техника и технологии. − 2015. − № 1(14), Ч. 1. − С. 73–84.