CN101911350A - 包括两层碳泡沫材料集电体的铅酸电池组 - Google Patents

包括两层碳泡沫材料集电体的铅酸电池组 Download PDF

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Abstract

铅酸电池组包括壳体和位于壳体中的至少一个电池。每个电池包括至少一个正极板和至少一个负极板以及位于正极板和负极板之间的体积中的电解质。所述至少一个负极板包括集电体和位于集电体上的化学活性材料，所述集电体基本由位于基材上的碳泡沫材料层构成。

Description

包括两层碳泡沫材料集电体的铅酸电池组
技术领域
一般而言，本发明涉及蓄电装置的结构，更具体地，本发明涉及包括一个或多个碳泡沫材料集电体(carbon foam current collector)的铅酸电池组(lead acid battery)的结构。
背景技术
电化学电池组包括，例如，铅酸电池组和镍基电池组等，已知它们包括至少一个正极集电体和至少一个负极集电体和电解质溶液。例如，在铅酸电池组中，正极和负极集电体两者均是由铅构成的。这些铅集电体的作用是在放电和充电过程中将电流从电池组接线端子(battery terminal)输入和输出。铅酸电池组中的蓄电和放电是通过化学反应实现的，该化学反应发生在位于集电体上的化学活性材料中。正极和负极集电体，一旦涂覆了这种化学活性材料，就分别被称为正极板和负极板。对铅酸电池组的耐久性的突出限制是集电体和其他电池组组件的腐蚀。
一个延长铅酸电池组使用寿命的方法是增加电池中各组件的耐腐蚀性。已经建议一些方法用于抑制铅酸电池组中的腐蚀过程。因为碳不会在铅酸电池组通常的工作温度下发生氧化，所以这些方法中的一些已经涉及使用各种形式的碳来减缓或防止铅酸电池组中的有害腐蚀过程。例如，美国专利5,512,390(在下文中引为′390专利)公开了一种铅酸电池组，其包括由石墨板代替铅制备的集电体。石墨板具有足够的电导率以起到集电体功能，并且它们比铅更加耐腐蚀。因此，用石墨板代替铅集电体可以延长铅酸电池组的寿命。
尽管′390专利的电池组可能由于减少腐蚀而潜在地提供延长的使用寿命，但是′390专利的石墨板是有问题的。例如，′390专利的石墨板是致密的，每个材料的片层具有相对较少量的表面区域。常规的铅酸电池的铅电极板通常图案化为栅格样结构以增加各板的有效表面区域，与此不同的是，′390专利的石墨板是平滑的片层，没有图案化。在铅酸电池组中，集电体表面区域的增加可以增加电池组的比能量和比功率，并因此可以转化为具有改进的电池组性能。在集电体上的更多的表面区域也会导致电池组充放电所需的时间减少。′390专利的石墨板的相对较少的表面区域会导致性能不佳的电池组，其具有缓慢的充电时间。
此外，′390专利的石墨板缺乏铅集电体的韧性。′390专利的紧密石墨板可以是脆性的，并且可能会在经历物理冲击或震动时发生破裂。这种物理冲击和震动经常发生于例如车辆应用中。石墨板的任何破裂都会导致石墨板电流运载能力的降低。因此，尽管′390专利的石墨板的耐腐蚀性增加，但是′390专利的石墨板的脆性实际上会导致电池组的使用寿命比那些可能通过使用普通非碳基材料的电池组的使用寿命还要短。
本发明是为了克服现有技术中存在的一个或多个问题或缺陷。
发明内容
本发明的一个实施方式包括铅酸电池组。这种铅酸电池组包括壳体和位于壳体中的至少一个电池(cell)。该至少一个电池包括至少一个正极板和至少一个负极板。电解质位于正极板和负极板之间的体积(volume)中。该至少一个负极板包括集电体和位于集电体上的化学活性材料，该集电体基本由位于基材(substrate)上的碳泡沫材料层构成。
本发明的另一个实施方式包括铅酸电池组。该铅酸电池组包括壳体和位于壳体中的至少一个电池。该至少一个电池包括至少一个正极板和至少一个负极板。电解质位于正极板和负极板之间的体积中。该至少一个正极板包括集电体和位于集电体上的化学活性材料，该集电体基本由位于基材上的碳泡沫材料层构成。
本发明的再一个实施方式包括铅酸电池组，其包括壳体。至少一个电池位于壳体中，并包括至少一个正极板和至少一个负极板。硅胶电解质位于正极板和负极板之间的体积中，该硅胶电解质包括含量为约1重量％至约8重量％并平均粒径小于约1μm的氧化硅颗粒。该至少一个负极板包括集电体和位于集电体上的化学活性材料，所述集电体基本由位于铅栅格(grid)基材上的碳泡沫材料层构成。该至少一个正极板包括铅栅格集电体。
附图说明
图1为根据本发明的一个示例性实施方式的电池组的剖视图。
图2为可以包括在根据本发明的一个示例性实施方式的集电体中的碳泡沫材料的多孔结构的特写示意图。
图3A-3C为根据本发明的一个示例性实施方式的集电体的示意图，该集电体包括位于基材上的碳泡沫材料。
图4为根据本发明另一示例性实施方式的集电体的示意图，该集电体包括位于基材上的碳泡沫材料。
图5A为根据本发明的一个示例性实施方式的铅栅格集电体的平面图。
图5B为根据本发明的一个示例性实施方式的铅栅格集电体的透视图。
图6A为根据本发明的一个示例性实施方式的铅栅格集电体的平面图。
图6B为根据本发明的一个示例性实施方式的铅栅格集电体的透视图。
发明详述
图1显示了根据本发明的一个示例性实施方式的电池组10。电池组10包括壳体11和壳体11外部的接线端子(terminal)12。至少一个电池13位于壳体11中。尽管仅一个电池13是必要的，但是多个电池可以串联或并联连接以提供电池组10所需的总电势。
每个电池13可以由交替的正极板和负极板组成，电解质可以位于正极板和负极板之间的体积中。此外，电解质可以占据包括在正极板和负极板中的材料的一些或所有孔空间。在一个实施方式中，电解质包括电解质水溶液，正极板和负极板可浸没在该电解质水溶液中。可以根据特定的电池组化学选择电解质溶液的组分。在铅酸电池组中，例如，电解质也可以包括硫酸和蒸馏水的溶液。但是，可以使用其他酸来形成本文描述的电池组的电解质溶液。
在另一个实施方式中，电解质可以包括凝胶。例如，凝胶电解质可以包括基于氧化硅的凝胶。为了制备这种硅胶，可以将主要粒径小于约1μm的氧化硅颗粒加入如上所述的电解质水溶液中。在一些实施方式中，可以将约1重量％至约8重量％的氧化硅颗粒加入硫酸和蒸馏水的溶液中，从而形成凝胶电解质。可以将该凝胶电解质加入电池组10中，使得凝胶至少部分地填充电池13的(一个或多个)正极板和(一个或多个)负极板之间的体积。
各个电池13的正极板和负极板可以包括用化学活性材料包覆或涂覆的集电体。位于电池组的集电体上的活性材料中的化学反应实现了蓄电和放电。这种活性材料的组分，而不是集电体材料，决定了特定的集电体起正极板还是负极板的作用。
化学活性材料的组分也依赖于电池组10的化学性质。例如，铅酸电池组可以包括化学活性材料，包括例如铅的氧化物或盐。在一些实施方式中，该化学活性材料可以包括氧化铅(PbO)。该化学活性材料还可以包括各种添加剂，其中包括，例如，各种百分比的游离铅、结构纤维、导电材料、碳和填充剂(extender)，以适应电池组寿命期间的体积变化。在一些实施方式中，用于铅酸电池组的化学活性材料的成分可以与硫酸和水混合以形成糊状物(paste)、浆料(slurry)或任何其他类型的涂覆材料。
糊状物或浆料形式的化学活性材料，例如，可以施用至正极板或负极板的集电体上。可以通过浸渍、涂抹或经由其他合适的涂覆技术将化学活性材料施用到集电体上。
电池组10的正极板和负极板是首先通过将化学活性材料沉积在相应的集电体上制造各板而形成的。在一些实施方式中，沉积在集电体上的化学活性材料可以经历固化和/或干燥过程，但是这不是在所有应用中都是必须的。例如，固化过程可以包括将化学活性材料暴露于高温和/或潮湿的条件下以促进化学活性材料的化学和/或物理性质发生改变。
在组装正极板和负极板以形成电池组10的电池13之后，电池组可以经历充电(即，形成)过程。在该充电过程中，化学活性材料的组分会变成在各电池的正极板和负极板之间提供电化学势的状态。例如，在铅酸电池组中，正极板的PbO活性材料可以因电势驱动(electrically driven)变为二氧化铅(PbO2)，负极板的活性材料会转化为海绵铅(sponge lead)。相反地，在随后的铅酸电池组的放电期间，正极板和负极板的化学活性材料均转化为硫酸铅。
图2为可以包括在电池13的正极板和/或负极板中的碳泡沫材料20的特写示意图。这种碳泡沫材料可以包括任何显示一定程度多孔性的碳材料或碳基材料。本实施方式公开的碳泡沫材料即使在暴露于电解质和暴露于正极板或负极板的电势的情况下也可以耐腐蚀。碳泡沫材料包括孔的网络，这可以向各个集电体提供大量的表面积。由碳泡沫材料构成的集电体的表面积可能大于常规集电体表面积2000倍。
本文公开的泡沫材料可以包括任何碳基材料，该材料具有支柱和孔的三维网络。该泡沫材料可以包括天然材料和/或人工材料。在一些实施方式中，碳泡沫材料可以包括约4至约50孔/厘米，且平均孔径至少约200μm。但是，在其他的实施方式中，平均孔径可以更小。例如，在一些实施方式中，平均孔径可以为至少约20μm。在再其他的实施方式中，平均孔径可以为至少约40μm。
不管碳泡沫材料的平均孔径如何，碳泡沫材料的总孔隙率值(porosityvalue)可以为至少60％。换句话说，至少60％的碳泡沫材料结构的体积可以包含在孔21中，如图2所示。此外，碳泡沫材料的开孔率值(open porosityvalue)可以为至少70％。也就是说，至少70％的孔21对于邻近孔是开放的，这样孔21的网络就形成了基本开放的网络。在一些实施方式中，这种孔21的开放网络可以允许沉积在集电体上的活性材料在碳泡沫材料结构中渗透。除了孔21的网络之外，碳泡沫材料包括结构元件22的网以提供对碳泡沫材料的支架。总而言之，孔21的网络和碳泡沫材料的结构元件22可能导致碳泡沫材料的密度小于约0.6gm/cm3。
本公开实施方式的碳泡沫材料也会展现出至少一定程度的电导性。在一些实施方式中，碳泡沫材料会提供小于约1Ω-cm的薄层电阻率(sheetresistivity)值。在再其他的实施方式中，碳泡沫材料的层电阻率值可以小于约0.75Ω-cm。
除了碳泡沫材料外，石墨泡沫材料也可以用于电池13的正极板和/或负极板的集电体中。一种这样的石墨泡沫材料，商标名为PocoFoamTM，可以从Poco Graphite，Inc.获得。石墨泡沫材料的密度和孔结构可以与碳泡沫材料类似。但是，由于石墨泡沫材料的定向性更强，所以石墨泡沫材料的电导率与碳泡沫材料相比更大。例如，石墨泡沫材料可以展现出的电阻率值在约100μΩ-cm和约2500μΩ-cm之间。
本发明的碳泡沫材料和石墨泡沫材料也可以通过如下方法获得：使各种有机材料经历碳化和/或石墨化过程。在一个示例性实施方式中，各种木料种类可以被碳化和/或石墨化，从而得到碳泡沫材料。木料包括天然存在的孔网络。这些孔可以被加长以及线性定向(linearly oriented)。此外，由于木料中的孔的装载水的性质，这些孔形成了基本开放的结构。某些木料种类可以提供的开孔率值为至少约70％。木料的平均孔径可能会随不同的木料种类而变化，但是在本发明的一个示例性实施方式中，用于形成碳泡沫材料的木料的平均孔径为至少约20μm。
许多种类的木料可以用来形成本发明的碳泡沫材料。作为一般的分类，大多数阔叶树材的孔结构适合用于本发明的碳泡沫材料集电体中。可以用来制备碳泡沫材料的示例性木料种类包括：橡树(oak)、桃花心木(mahogony)、柚树(teak)、山胡桃木(hickory)、榆树(elm)、黄樟(sassafras)、巴西花梨木(bubinga)、棕榈树(palms)和许多其他类型的木料。任选地，选择用来制备碳泡沫材料的木料可以源自热带生长区域。例如，与生长在季节变化明显区域的气候下的木料不同，热带区域的木料的生长轮结构不是很清晰。由此，热带区域的木料的多孔网络会缺乏一定的因存在生长轮所引起的不均匀性。
为了制备碳泡沫材料，木料可以经历碳化过程以制备碳化的木料(如碳泡沫材料)。例如，加热木料至约800℃～约1400℃的温度，会起到将挥发性组分从木料中排除的作用。这种木料可以在该温度范围内保持足够的时间以将至少部分的木料转化为碳基体(matrix)。这种碳化木料会包括木料的原始多孔结构。但是这种碳化的木料会由于其的碳基体而具有电导性并耐腐蚀。在碳化过程中，木料可以以任何所需的速率加热并冷却。但是，在一个实施方式中，可以足够慢地加热并冷却木料以最小化或防止木料/碳化木料产生裂纹。同样地，加热木料可以在不活性的环境下发生。
碳化的木料可以不经额外的加工而使用。但是，任选地，碳化木料可以经历石墨化过程以制备石墨化的木料(例如石墨泡沫材料)。石墨化的木料是这样的碳化木料，其中至少一部分碳基体已经被转化为石墨基体。如前所述，石墨结构与非石墨碳结构相比可以展现出增加的电导性。石墨化该碳化木料可以通过将碳化木料加热至约2400℃～约3000℃的温度并持续足够时间以将碳化木料的至少一部分碳基体转化为石墨基体来完成。碳化木料的加热和冷却可以在任何所需的速率下进行。但是，在一个实施方式中，可以足够慢地加热并冷却碳化木料以最小化或防止产生裂纹。同样地，加热碳化木料可以在不活性的环境下发生。
图3A-3C为根据一些示例性实施方式的集电体31的示意图。集电体31基本由包括位于基材32上的碳泡沫材料层30的两层结构构成。图3A为集电体31的装配透视图。图3B为组装后的集电体31的剖面图，图3C提供了集电体31的另一剖面图，其示出了任选的机械固定系统(mechanicalfastening system)37。应当注意的是，尽管集电体31被描述为两层结构，但是两层的每一层均可以包括一个或多个类似材料的亚层。例如，碳泡沫材料层30可以包括多个碳泡沫材料的亚层。类似地，基材32可以包括多个用于制备基材的特定材料的亚层。
在集电体31中，碳泡沫材料层30可以包括上述的任何碳泡沫材料。此外，碳泡沫材料层30可以制备成体现出如上所述物理性质的任何组合。
基材32可以包括若干种不同的材料和物理构造。例如，在一些实施方式中，基材32可以包括导电材料、玻璃或聚合物。在一些实施方式中，基材32可以包括铅或聚碳酸酯。基材32可以形成为单层材料，如图4中所示。或者，基材32可以包括开放结构，如具有横跨部件(cross member)34和支柱36的栅格图案，如图3A中所示。
基材32可以包括接头(tab)38以建立与集电体31的电连接。或者，特别是在基材32包括聚合物或低电导率材料的实施方式中，碳泡沫材料层30可以构造成包括材料接头(未示出)以建立与集电体31的电连接。在这种实施方式中，用来形成碳泡沫材料层30上的末端的碳泡沫材料可以注入金属(如铅、银或其他合适金属)，用来帮助提供与碳泡沫材料层30的良好的机械和电学接触。
碳泡沫材料层30可以物理附着至基材32，使得基材32可以提供对碳泡沫材料层30的支持。在一个实施方式中，碳泡沫材料层30可以层叠至基材32。例如，碳泡沫材料层30和基材32可以经历任何合适的层叠过程，层叠过程可以包括应用热和/或压力，使得碳泡沫材料层30物理附着至基材32。在一些实施方式中，热敏和/或压敏层叠膜或胶粘剂可以在层叠过程中用来进行辅助。
在其他实施方式中，碳泡沫材料层30可以经由机械固定器系统37物理附着至基材32，如图3C所示。该固定器系统可以包括能够将碳泡沫材料层30固定至支架(support)32的任何合适类型的固定器。例如，碳泡沫材料层30可以使用U形钉(staple)、金属丝(wire)或塑料环固定器、铆钉、锻造的固定器(swaged fastener)和螺钉等连接至支架32。或者，碳泡沫材料层30可以使用金属丝线或其他类型的线缝至支架32。
如上所讨论的，包括在碳泡沫材料层30中的碳泡沫材料可以具有的总孔隙率值为至少60％。应当注意的是，这种孔隙率值不仅包括碳泡沫材料的材料性质(即，碳泡沫材料本身的总孔隙率值大于60％)，而且也包括整个碳泡沫材料层的有效孔隙率(即，这包括整体上向碳泡沫材料层中引入有效孔隙率的任何机械加工或其他层构造，而不改变碳泡沫材料本身的基本材料性质)。
除了上述的两层集电体31之外，本公开的实施方式可以包括其他类型的集电体以及两层集电体。例如适用于本公开的实施方式的集电体可以基本仅由碳泡沫材料形成。也就是说，与该实施方式一致的碳泡沫材料集电体会缺乏支架垫片(support backing)。但是，碳泡沫材料集电体可以包括其他材料，例如沉积在部分碳泡沫材料表面上的金属，以帮助建立与碳泡沫材料集电体的电接触。
其他集电体可以基本由导电材料如铅形成。图5A为集电体50的平面图，图5B为集电体50的透视图，集电体50可以结合入电池13的一个或多个电极板中。集电体50可以由铅制备，并且可以成形为包括横跨部件(cross member)52和支柱54的栅格图案。在一个实施方式中，集电体50可以包括放射形栅格图案，使得支柱54与横跨部件52在角处相交。如图5A所示，支柱54可以定向为向外辐射，从集电体50的顶部移向底部。集电体50还可以包括接头56用于建立与集电体的电接触。
图6A提供了另一集电体60的平面图，图6B提供了另一集电体60的透视图，该集电体60可以结合入电池13的一个或多个电极板中。在这个实施方式中，集电体60可以由铅制备，并且可以成形为包括六边形栅格图案。具体而言，集电体60的结构元件可以构造为形成呈六方密堆积排列的许多六角形的空隙(interstice)。集电体60还可以包括接头64用于建立与集电体的电接触。
与本发明一致的是，电池13可以构造成包括数个不同的集电体排列。在第一实施方式中，电池13的一个或多个负极板可以包括具有位于基材32上的碳泡沫材料层30的集电体31。在该实施方式中，电池13的一个或多个正极板可以包括碳泡沫材料集电体(如，不包括基材的碳泡沫材料层)或铅栅格集电体(例如，不包括碳泡沫材料层的铅栅格集电体)。
在另一个实施方式中，电池13的一个或多个正极板可以包括具有位于基材32上的碳泡沫材料层30的集电体31。在该实施方式中，电池13的一个或多个负极板可以包括碳泡沫材料集电体(如，不包括基材的碳泡沫材料集电体)或铅栅格集电体(例如，不包括碳泡沫材料层的铅栅格集电体)。
在第三实施方式中，一个或多个负极板和一个或多个正极板均可以包括具有位于基材32上的碳泡沫材料层30的集电体31。这样，在该实施方式中，两层集电体31可以结合入正极电极板以及负极电极板中。
工业实用性
通过将碳结合入电池组10的正极板和/或负极板中，可以抑制集电体的腐蚀。因此，根据本发明的电池组可以提供显著更长的使用寿命。
此外，与碳泡沫材料相关的大量的表面积可以解释为电池组具有大的比功率和比能量值。具体而言，由于碳泡沫材料的开放孔(open cell)、多孔网络和相对较小的孔径，因此正极板和负极板的化学活性材料可以与集电体紧密整合。所以，在化学活性糊状物中的反应位点能够接近一个或多个导电性的碳泡沫材料结构元件22。因此，在化学活性材料中于特定反应位点产生的电子在遇到特定集电体的许多导电结构元件22中的一个之前，只必须传输较短的距离以通过糊状物。由此，包括结合了碳泡沫材料的集电体的电池组可以提供改进的比功率和比能量值。换句话说，与包括传统的由铅、石墨板等制造的集电体的电池组相比，这些电池当置于负载下时可以维持它们的电压高于预定的阀值更长时间。
根据本发明的电池组提供的增加的比功率值也可以解释为减少的充电时间。因此，本文描述的电池组可以适用于如下用途：仅在有限量的时间上可以获得充电能量。例如，在车辆中，在普通制动期间损失了大量的能量。这种制动能量可以被再次捕获并用来给例如混合动力车的电池组充电。但是，制动能量仅在很短的时间周期上(例如制动发生时)是可获得的。因此，制动能量向电池组的任何传输必须在制动时发生。由于它们减少了充电时间，本发明的电池组可以提供有效手段用于储存这种制动能量。
此外，本文描述的碳泡沫材料集电体可以具有柔韧性的，因此与由石墨板或其他脆性材料制备的集电体相比，它们会对来自震动或冲击的损伤更不敏感。包括碳泡沫材料集电体的电池组在车辆应用或其他常见有震动或冲击的应用中表现优异。
此外，通过在电池组10的至少一些集电体中包括碳泡沫材料，碳密度的减少可以使电池组10的重量明显轻于只包括铅集电体或石墨板集电体的电池组。本发明的其他方面和特征可以从研究本发明的附图、说明书和权利要求书来获得。
权利要求书(按照条约第19条的修改)
1.铅酸电池组，其包括：
壳体；
至少一个电池，其位于壳体中，包括至少一个正极板和至少一个负极板；和
位于正极板和负极板之间的体积中的电解质；
其中，所述至少一个负极板或至少一个正极板包括：
集电体，所述集电体包括碳泡沫材料层和基材，所述基材具有主面和与所述主面相对的第二面，其中所述碳泡沫材料层仅位于所述基材的主面上，而不位于所述基材的第二面上，和
位于集电体上的化学活性材料。
2.权利要求1所述的铅酸电池组，其中所述基材包括导电材料。
3.权利要求2所述的铅酸电池组，其中所述基材的导电材料包括铅栅格。
4.权利要求1所述的铅酸电池组，其中所述基材包括玻璃或聚合物。
5.权利要求1所述的铅酸电池组，其中所述至少一个正极板包括铅栅格集电体形式的单层集电体。
6.权利要求1所述的铅酸电池组，其中所述至少一个正极板包括碳泡沫材料集电体形式的单层集电体。
7.权利要求1所述的铅酸电池组，其中所述至少一个负极板包括铅栅格集电体形式的单层集电体。
8.权利要求1所述的铅酸电池组，其中所述至少一个负极板包括碳泡沫材料集电体形式的单层集电体。
9.权利要求1所述的铅酸电池组，其中所述电解质包括硫酸水溶液。
10.权利要求1所述的铅酸电池组，其中所述电解质包括硅胶，硅胶包括含量为约1重量％至约8重量％且平均粒径小于约1μm的氧化硅颗粒。
11.权利要求1所述的铅酸电池组，其中所述碳泡沫材料的总孔隙率值为至少60％，开孔率值为至少70％。
12.权利要求1所述的铅酸电池组，其中所述碳泡沫材料的电阻率值为小于约1Ω-cm。
13.权利要求1所述的铅酸电池组，其中所述碳泡沫材料层经层叠至所述基材。
14.权利要求1所述的铅酸电池组，其中所述碳泡沫材料层经由机械固定器系统附着至所述基材。
15.权利要求14所述的铅酸电池组，其中所述机械固定器系统包括将所述碳泡沫材料层连接至所述基材的金属丝线。

Claims (25)

1.铅酸电池组，其包括：
壳体；
至少一个电池，其位于壳体中，包括至少一个正极板和至少一个负极板；和
位于正极板和负极板之间的体积中的电解质；
其中，所述至少一个负极板包括集电体和位于所述集电体上的化学活性材料，所述集电体基本由位于基材上的碳泡沫材料层构成。
2.权利要求1所述的铅酸电池组，其中所述基材包括导电材料。
3.权利要求2所述的铅酸电池组，其中所述导电材料包括铅栅格。
4.权利要求1所述的铅酸电池组，其中所述基材包括玻璃或聚合物。
5.权利要求4所述的铅酸电池组，其中所述基材包括聚碳酸酯。
6.权利要求1所述的铅酸电池组，其中所述至少一个正极板包括铅栅格集电体。
7.权利要求6所述的铅酸电池组，其中所述铅栅格集电体包括放射形或六边形栅格图案。
8.权利要求1所述的铅酸电池组，其中所述至少一个正极板包括碳泡沫材料集电体。
9.权利要求1所述的铅酸电池组，其中所述至少一个正极板包括基本由位于基材上的碳泡沫材料层构成的集电体。
10.权利要求1所述的铅酸电池组，其中所述电解质包括硫酸水溶液。
11.权利要求1所述的铅酸电池组，其中所述电解质包括硅胶。
12.权利要求1所述的铅酸电池组，其中所述碳泡沫材料的总孔隙率值为至少60％，开孔率值为至少70％。
13.权利要求1所述的铅酸电池组，其中所述碳泡沫材料的电阻率值为小于约1Ω-cm。
14.权利要求1所述的铅酸电池组，其中所述碳泡沫材料层经层叠至所述基材。
15.权利要求1所述的铅酸电池组，其中所述碳泡沫材料层经由机械固定器系统附着至所述基材。
16.铅酸电池组，其包括：
壳体；
至少一个电池，其位于壳体中，包括至少一个正极板和至少一个负极板；和
位于正极板和负极板之间的体积中的电解质；
其中，所述至少一个正极板包括集电体和位于所述集电体上的化学活性材料，所述集电体基本由位于基材上的碳泡沫材料层构成。
17.权利要求16所述的铅酸电池组，其中所述基材包括铅栅格。
18.权利要求16所述的铅酸电池组，其中所述基材包括玻璃或聚合物。
19.权利要求16所述的铅酸电池组，其中所述至少一个负极板包括具有放射形或六边形栅格图案的铅栅格集电体。
20.权利要求16所述的铅酸电池组，其中所述至少一个负极板包括碳泡沫材料集电体。
21.权利要求16所述的铅酸电池组，其中所述电解质包括硅胶。
22.权利要求16所述的铅酸电池组，其中所述碳泡沫材料经层叠至所述基材，所述碳泡沫材料的总孔隙率值为至少60％，开孔率值为至少70％，电阻率值为小于约1Ω-cm。
23.铅酸电池组，其包括：
壳体；
至少一个电池，其位于壳体中，包括至少一个正极板和至少一个负极板；和
位于正极板和负极板之间的体积中的硅胶电解质，其包括含量为约1重量％至约8重量％和平均粒径小于约1μm的氧化硅颗粒；
其中，所述至少一个负极板包括集电体和位于所述集电体上的化学活性材料，所述集电体基本由位于铅栅格基材上的碳泡沫材料层构成，以及
所述至少一个正极板包括铅栅格集电体。
24.权利要求23所述的铅酸电池组，其中所述碳泡沫材料经层叠至所述铅栅格基材，并且所述碳泡沫材料的开孔率值为至少70％。
25.权利要求24所述的铅酸电池组，其中所述碳泡沫材料的总孔隙率值为至少60％，并且电阻率值为小于约1Ω-cm。
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