【摘　要】本文研究选取新合成、轻软化以及重软化的正极板各一个，并分别刮取它们表面的材质进行XRD、SEM等表征测试。测试结果显示，三种正极板都由PbO2构成，但晶体结果及组成方式都有所差别，导致它们形貌上的不同。随后，分别裁取正极板一小部分作为本次研究的工作电极，运用三电极体系测试电极的电化学表征。研究表明，重软化正极板的析氧电位最高，平衡电位最低，电荷传递电阻最大。
 
【关键词】铅酸电池；软化；正极板材料；电化学性能
 
新时代背景下，各种各样的电池被应用于人们的日常生活当中，铅酸蓄电池凭借制备工艺简单、成本低廉、使用性能稳定、因安全可靠性高等优点，成为我国电源市场的佼佼者。而在实际使用中，铅酸电池正极板材料软化脱落导致其使用寿命缩短，基于此，研究学者对此进行了深入研究。
 
一般情况下，铅酸蓄电池的组成成分包括正极板、负极板、H2SO4电解液以及隔板等，它们共同作用维持着电池性能。分析废旧电池的过程中，发现导致正极板无法正常使用的最普遍现象就是正极材料软化脱落。正极材料软化脱落的正极板具有充电时间短、放电速度快的特征表现。
 
本文研究以新合成、轻软化以及重软化的三种正极板为例，分别刮取正极板表面材料进行XRD、SEM等表征测试，运用三电极体系，采用电化学方法进行电化学测试。研究表明，重软化正极板的析氧电位最高，平衡电位最低，电荷传递电阻最大。
 
一、具体实验流程

1.制备样品 

首先，将三种正极板都放入蒸馏水中，多次置换蒸馏水，直到其pH值在中性的范围内。随后，将正极板放置在干燥的空气环境下进行干燥处理，12h后，分别刮取其表面材料进行表征测试。研究过程中发现，微软化和重软化的正极板在浸泡期间都存在物质脱落的现象。基于此，研究将取自生、新合成、轻软化、轻软化脱落、重软化、重软化脱落的正极板分别用o、a、b、b1、c、c1作为样品标记。此外，截取干燥后的新合成、轻软化、重软化的正极板各1cm2，分别标记为A、B、C，作为本研究的电极使用。

2.实验
 
本实验采用冷场发射扫描电子显微镜对样品形貌进行观察，并使用衍射仪对其进行X射线衍射测定。随后，将截取的正极板作为本次实验的工作正极，
辅助电极使用纯铅板栅，参比电极使用饱和K2SO4aq中的Hg/Hg2SO4电极，电解液使用1.05g/ml浓度的H2SO4aq，采用塔菲尔极化曲线、线性伏安扫描以及交流阻抗的方式对样本进行测试。

3.结果与讨论 

（1）样品表征测试研究显示，o存在大块不规则颗粒；a存在细小规则颗粒，呈棱柱状，粒径约0.2μm；b颗粒粒径约为0.5μm，呈棱柱状；c存在不规则方块状颗粒，粒径约为0.3μm。产生这种现象极有可能是电极的不可逆反应引起的。放电完成后，部分PbO2仍以当前形式存在，而转化成的PbSO4包裹在未能转化的PbO2上，导致下一轮充电PbSO4不能完全转化为PbO2，反复充放电会使PbO2堆积，形成大颗粒。一般情况下，纯化合物的晶型都相对规则，因此轻软化材料的纯度比重软化材料更高。研究中可以观察到，脱落颗粒与未脱落颗粒的形貌相近，但颗粒粒径更小。这种现象极有可能是电极充放电循环的过程中活性物质表层与内部的转化存在时间差导致的。也就是说，电极充放电循环期间，活性物质表层与内部产生电化学反应的速度不同，使表层颗粒产生粉化，从而减小了颗粒粒径。


X射线衍射测定后对比得出，a、b1、c1的衍射峰大且尖锐，衍射峰也处在相同的位置上，证明它们都是具有良好晶型的β-PbO2。其中，c1的衍射峰强度比值明显不同于a、b1，说明晶粒在生长方向上有所不同，因此，b、b1颗粒为棱柱状，与a相近，而c、c1则为不规则方块状。
 
（2）电化学反应测试
 
1.3.2.1正极板析氧电位测试
 
采用线性伏安扫描方法对三种正极板进行10mV/s的扫描，电位越高，A的电流及电化学活性越高，在达到1.25V时析出O2；C在达到1.50V后才析出O2，验证出C的电化学活性很低。
 
1.3.2.2正极板Tafel曲线测试
 
采用Tafel极化曲线方法对三种正极板进行5mV/s的扫描，a的平衡电位最理想，c则与之相反。电化学原理中，电池电动势是电极正极电势与电极负极电势的差值，可见，a的输出电压最高，而c最低。此结果与铅酸电池正极板严重软化不能正常工作的事实保持一致。
 
1.3.2.3正极板交流阻抗曲线测试
 
采用交流阻抗方法对各极板进行测试，测试结果显示，c的电荷传递阻值最大，也就是说，c很难产生电极反应，供电能力极弱。除此之外，在恒定电流的情况下，阻值越大，热量越大，电极材料不可逆膨胀的可能性越大，极易使铅膏脱落，从而使电池容量及使用寿命降低。
 
二、结束语
 
从上述实验现象中可以清晰地看出，选定的三种正极板的组成物质都是PbO2,但各自的组成方式及结构构成有所不同，导致形貌与晶型存在一定差异。铅酸电池中的活性物质在充放电的过程中，会存在析氢析氧的电化学反应，反应越剧烈越能够促进电荷的循环运作。因此，采取科学、合理的应对措施，改善铅酸电池正极板材料软化脱落现象，有效防止其使用寿命缩短，是促进我国电源市场发展的重要手段。
 
参考文献：
 
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