TWI616016B - 具玻璃態石墨碳極板之複合鉛碳蓄電池 - Google Patents

具玻璃態石墨碳極板之複合鉛碳蓄電池 Download PDF

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Abstract

一種具玻璃態石墨碳極板之複合鉛碳蓄電池，係一電池盒內部安裝複數正極板、複數負極板、複數隔離板及複數具玻璃態石墨碳極的組合。該正極板與該負極板係相鄰且依序地排列，相鄰且相對的該正極板與負極板間具有該隔離板及該具玻璃態石墨碳極。該正極板、該負極板、該隔離板及該具玻璃態石墨碳極的組合係搭配適當的壓力置入該電池盒內，使構件彼此形成壓靠貼合的狀態，如此該具玻璃態石墨碳極無藉任何黏著介質形成平貼於該負極板及該隔離板表面。藉此該電池具有能夠提升充電效率、提升壽命及高溫環境使用的效果。

Description

具玻璃態石墨碳極板之複合鉛碳蓄電池
本發明係關於一種鉛碳蓄電池的技術領域，特別是指具玻璃態石墨碳極板之複合鉛碳蓄電池。
為了解決能源減少的問題以及降低排放廢氣對環境污染的問題，目前汽機車製造商已分別實施不同程度的油電混合動力系統，其中創新的蓄電池技術更是關鍵。目前市場上現有多種型態的電池，例如一次電池和二次充電電池。從組成的成分而言，有鉛酸電池、鎳氫電池、鎳鎘電池、鋰電池(鈷酸鋰、錳酸鋰、磷酸鐵鋰)。
在鉛酸電池組的使用場合，特別是在混合電動車輛中，電池組的高充放電速度造成在負極板的板面上會有硫酸鉛層的形成，以及在負極板和正極板產生氫/氧。由於在負極板的硫酸鉛持續積聚，最終將導致負極板的有效表面積變小，進而無法再傳遞電流，降低了電池的產品壽命。
本發明係關於一種具玻璃態石墨碳極板之複合鉛碳蓄電池，其具有能夠提升充電效率、提升壽命及高溫環境使用的效果。
為達上述目的與功效，本實施例揭示的鉛蓄電池係一電池盒內部安裝複數正極板、複數負極板、複數隔離板及複數具玻璃態石墨碳極。其中該正極板與該負極板係相鄰且依序地排列，相鄰且相對的該正極板與負極板間具有該隔離板及該具玻璃態石墨碳極。該正極板、該負極板、該隔離板及該具玻璃態石墨碳極的組合係搭配適當的壓力置入該電池盒內，因此各構件彼此形成壓靠貼合的狀態。
換言之，該具玻璃態石墨碳薄極受該負極板及該隔離板的緊夾而形成定位，且該具玻璃態石墨碳極與該負極板及該隔離板之間無藉任何黏著介質，例如黏劑，以形成平貼於該負極板表面。
以下即依本發明所揭示的目的與功效，舉出較佳可行之實施例，並配合圖式詳細說明。
請參閱圖1，一鉛蓄電池的結構至少包含一電池盒10、一正極柱20、一負極柱30、一正極板40、一負極板50、一隔離板60及一具玻璃態石墨碳極70。其中該電池盒10具有一容置空間12，該正極柱20與該負極柱30凸出地配置在該電池盒10外。該正極板40、該負極板50、該隔離板60及該具玻璃態石墨碳極70安裝在該容置空間12內，該正極板40電性連接該正極柱20，該負極板50電性該負極柱30。
進一步而言，該正極板40、該負極板50、該隔離板60及該具玻璃態石墨碳極70的數量為複數。該正極板40與該負極板50係相鄰且依序地排列。此外相鄰且相對的該正極板40與負極板50間具有一該隔離板60及一該具玻璃態石墨碳極70。
由於該正極板40與該負極板50係依序排列，所以一該負極板50的二側各自相對一該正極板40，致使該負極板50的二側各自配置一該具玻璃態石墨碳極70。
此外複數該正極板40、複數該負極板50、複數該隔離板60及複數該具玻璃態石墨碳極70的組合係搭配適當的壓擠方式置入該電池盒10的容置空間12內，加上各材料自身受該電池盒10壓擠後的反作用力，故各構件彼此形成壓靠貼合的狀態；換言之，該具玻璃態石墨碳薄極70受該負極板50及該隔離板60的緊夾而形成定位，且該具玻璃態石墨碳薄極70與該負極板50及該隔離板60之間無藉任何黏著介質，例如黏劑，以形成平貼於該負極板50表面。
該正極板40係一金屬板表面塗佈正極活性物質經乾燥所構成；該負極板50係一金屬板表面塗佈負極活性物質經乾燥所構成。本實施例的正極板40的組成與一般所慣用的組成相當；本實施例的該負極板50係一鉛柵板表面塗佈負極鉛膏經乾燥而成；本實例的該具玻璃態石墨碳薄極70係具有高表面積之有機材料經高溫燒結後形成具玻璃態石墨化之電極。
該負極鉛膏包括75至85wt%的鉛粉、8至10wt%的水、8至12wt%的稀硫酸、0.1至0.5wt%的木素磺酸鈉、0.05至0.3wt%的短纖維、0.1至2wt%的硫酸鋇、0.2至0.6wt%的碳黑以及0.05至0.3wt%的石墨烯，該碳黑與該石墨烯之間重量比為4：1~2：1。
該鉛粉具有1.3~1.5g/cm 3的密度以及72~78%的氧化度。該硫酸密度為1.4g/cm 3；該硫酸鋇與該木素磺酸鈉之間重量比為4：1~3：1；該短纖維為長度2~5mm的聚酯纖維。
根據本實施的組合結構及材料成分，該具玻璃態石墨碳薄極70具有良好的導電特性及電泵特性，可使電子透過該具玻璃態石墨碳極70表面迅速傳達到該負極板50的硫酸層，藉以達到提升充電接收性及提升循環壽命的目的；並該具玻璃態石墨碳薄極70與正極板40並聯時亦具有良好的電容特性，與該負極板50及正極板40複合後形成一個具有可充放電之二次電池及電容效果的鉛碳電池。
由於該負極板50的該鉛膏中的石墨烯及炭黑成分具有低電阻、高導電的特性，再與鉛粉及其他活性材料混合塗佈於該鉛柵板上，以及該負極板50的表面配置有該具玻璃態石墨碳薄紙70，故本實施例足以令該負極板50具有優良的導電性、提高充電效率以改善電池需長時間充電的缺點、電能可以經過該具玻璃態石墨碳薄紙70傳導到負極板50，以及降低該負極板50硫化的情形；此外，該具玻璃態石墨碳薄紙70與該正極板40間形成類超級電容系統，具有儲存電荷的功能，故可以大幅改善傳統鉛酸電池充電效率差的問題並提升電池的循環使用壽命。
請參閱圖2，圖中揭示本實施例循環壽命測試的曲線圖。該圖顯示以一個12伏特的飽電電池進行測試，測試條件為：(A)放電2C，FV=1.65V/CELL；(B)限電壓充電14.1V；I max=0.25C，進行充電5小時；重覆步驟(A)及(B)，直至電容量＜50％時，結束測試。由圖所示，在經過230回的充放電後，容量仍呈現出過充(由時間換算約102％)的狀態，顯示本實施例具有提升充電效率及提升壽命的效果。
請參閱圖3，圖中顯示本實施例所揭示之電池經過多次充放電後之循環伏安圖(CV圖，循環掃描次數100次)。由於各曲線圖的變化曲度相近，且圖中的陽極峰值電位(2.0A)與陰極峰值電位(-2.6A)的電位差約為4.6A，所以可證明本實施所揭示的具玻璃態石墨碳薄極70具有良好的電容效果。
本實施例所揭示的電池具有以下的優點：1.目前高溫基地，例如3G及4G通訊基地台、雲端資料中心，因電池性能不夠耐熱，都需在機房增加冷氣降溫，然而本實例的該電池以可耐高溫的該具玻璃態石墨碳極70為構成材料，所以就使用本實施例所揭示的電池，可以不用再搭配冷氣降溫，能夠具備節能節電的效果；2.針對停電頻繁地區而言，本實施例所指示的電池的循環壽命具有明顯提升效果，因此在停電頻繁的區域即便經常進行充放電，也無損本實施例所揭示之電池的使用壽命；3.一般再生能源發電裝置，例如太陽能發電、風力發電等，都是在空曠處，所以用以儲存電能的儲能裝置也必須面對高溫的環境，本實施例可耐高溫的特性足以適用於高溫的儲能環境；4.外另本實施例具備高充電效率及高使用壽命的效果，足以滿足電動裝置，例如電動機車及電動汽車的使用需求。
上述實施例僅為例示性說明本發明之技術及其功效，而非用於限制本發明。任何熟於此項技術人士均可在不違背本發明之技術原理及精神的情況下，對上述實施例進行修改及變化，因此本發明之權利保護範圍應如後所述之申請專利範圍所列。
10‧‧‧電池盒
12‧‧‧容置空間
20‧‧‧正極柱
30‧‧‧負極柱
40‧‧‧正極板
50‧‧‧負極板
60‧‧‧隔離板
70‧‧‧具玻璃態石墨碳極
圖1係本發明的組合結構示意圖。 圖2係本明的循環壽命實驗數據圖。 圖3係本發明的循環安伏圖。
10‧‧‧電池盒
12‧‧‧容置空間
20‧‧‧正極柱
30‧‧‧負極柱
40‧‧‧正極板
50‧‧‧負極板
60‧‧‧隔離板
70‧‧‧具玻璃態石墨碳極

Claims (9)

  1. 一種具玻璃態石墨碳極板之複合鉛碳蓄電池，其包含： 一電池盒，其具有一容置空間； 一正極柱，係凸出在該電池盒外； 一負極柱，係凸出在該電池盒外； 一正極板，安裝在該電池盒的該容置空間內且電連接該正極柱； 一負極板，安裝在該電池盒的該容置空間內且電連接該負極柱； 一隔離板，安裝在該電池盒的該容置空間內且位在該正極板及該負極板間；以及 一具玻璃態石墨碳極，係配置在該負極板與該隔離板之間，且該具玻璃態石墨碳極受該負極板及該隔離板的緊夾而定位，並且該具玻璃態石墨碳極平貼於該負極板的表面。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之具玻璃態石墨碳極板之複合鉛碳蓄電池，其中該負極板係一鉛柵板表面塗佈負極鉛膏經乾燥所構成。
  3. 申請專利範圍第2項所述之具玻璃態石墨碳極板之複合鉛碳蓄電池，其中該負極鉛膏包括75至85wt%的鉛粉、8至10wt%的水、8至12wt%的稀硫酸、0.1至0.5wt%的木素磺酸鈉、0.05至0.3wt%的短纖維、0.1至2wt%的硫酸鋇、0.2至0.6wt%的碳黑以及0.05至0.3wt%的石墨烯，該碳黑與該石墨烯之間重量比為4：1~2：1。
  4. 申請專利範圍第3項所述之具玻璃態石墨碳極板之複合鉛碳蓄電池，其中該鉛粉具有1.3~1.5g/cm 3的密度以及72~78%的氧化度。
  5. 申請專利範圍第3項所述之具玻璃態石墨碳極板之複合鉛碳蓄電池，其中該硫酸密度為1.4g/cm 3。
  6. 申請專利範圍第3項所述之具玻璃態石墨碳極板之複合鉛碳蓄電池，其中該硫酸鋇與該木素磺酸鈉之間重量比為4：1~3：1。
  7. 申請專利範圍第3項所述之具玻璃態石墨碳極板之複合鉛碳蓄電池，其中該短纖維為長度2~5mm的聚酯纖維。
  8. 如申請專利範圍第1項所述之具玻璃態石墨碳極板之複合鉛碳蓄電池，其中該具玻璃態石墨碳極受該負極板及該隔離板的緊夾而定位，係指該具玻璃態石墨碳極與該負極板及該隔離板之間無藉黏著介質以形成結合。
  9. 如申請專利範圍第1項所述之具玻璃態石墨碳極板之複合鉛碳蓄電池，其中該具玻璃態石墨碳極係具有高表面積之有機材料經高溫燒結後形成具玻璃態石墨化之電極。
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