浙江大学《CEJ》：新型铅碳复合材料添加剂，用于汽车中铅碳电池

成果简介

铅碳电池（LCB）在混合动力汽车和大规模储能中的应用受到负极板逐渐硫酸化和寄生析氢反应（HER）的限制。本文，浙江大学张启龙教授团队在《Chemical Engineering Journal》期刊发表名为“Lead single atoms anchored on reduced graphene oxide as multifunctional additive for lead–carbon battery”的论文，研究采用静电吸附和热还原法制备了锚定在还原氧化石墨烯（PbSAs@rGO）上的Pb单原子，并通过像差校正透射电子显微镜（TEM和STEM）和同步加速器X射线吸收精细结构光谱（XAFS）进行了验证。

通过将PbSAs锚定在容易发生HER的rGO表面上，HER速率大大降低。此外，PbSAs可以作为种子诱导Pb分支的三维生长，使含有PbSAs@rGO添加剂的NAM具有比对照的NAM的比表面积（SSA）约2.3倍。增加的SSA可以帮助延缓负极板的硫酸化。同时，PbSAs有助于增强rGO对负活性物质（NAM）的亲和力，从而使电化学还原反应以更高的速率进行。由于多功能添加剂的各种功能的协调，LCB的使用寿命分别从3529次延长到16097次，以及从4692次延长到22606次，在50%的充电状态（SoC）和75%的SoC。最后，结合负极板在整个充放电循环中的形貌演变分析，阐明了PbSAs@rGO多功能添加剂如何发挥其通用性。

图文导读

图1、通过静电吸附和热还原方法制备PbSAs@rGO的过程及表征

图2、对3D-rGO、PbSAs@rGO和PbO@rGO的表面形貌和微观结构进行了比较

图3。（a-b）像差校正TEM图像；（c） 能量色散X射线光谱；（d） 亮场像差校正STEM图像；（e） HAADF-STEM图像PbSAs@rGO; （f） Pb L3边缘的XANES光谱和（g）PbSAs@@rGO的EXAFS光谱的傅里叶变换（FT），PbO@rGO以及参考材料；（h）PbSAs@@rGO和（i）PbL3边缘EXAFS信号的小波变换PbO@rGO.

图4.HER活性表征。

图5.具有（a）3D-rGO-0.5%的半容量形成的负极板的SEM图像；（b）PbSAs@rGO-0.5 %; （c）PbSAs@rGO-1.0 %; （d）PbSAs@rGO-1.5%添加剂

小结

在这项工作中，证明了锚定在还原氧化石墨烯（PbSAs@rGO）上的Pb单个原子可以通过简单的静电吸附过程和热还原策略来实现。综上所述，本文为制备新型铅碳复合材料添加剂提供了新思路，并对添加剂的作用机理提出了新的见解。

文献：https://doi.org/10.1016/j.cej.2023.141992