电解液添加剂苯基丙二酸对电池持续放电时间影响的研究*

关 锋，高夏南，朱明昌，刘 蕾，高恩君

（沈阳化工大学配位化学研究室，沈阳市无机分子基材料化学（国际）重点实验室，辽宁 沈阳 110142）

电解液添加剂苯基丙二酸对电池持续放电时间影响的研究*

关 锋，高夏南，朱明昌，刘 蕾，高恩君

（沈阳化工大学配位化学研究室，沈阳市无机分子基材料化学（国际）重点实验室，辽宁 沈阳 110142）

采用恒流放电和定电压充电的电化学方法研究了苯基丙二酸添加剂对改善铅酸电池放电持续时间的影响，初步探讨了添加剂的可能作用机理。通过多组对比实验结果的分析和研究后认为：适量苯基丙二酸用作电解液添加剂的加入可以提高电池的放电持续时间。

铅酸电池；添加剂；苯基丙二酸；放电持续时间

到目前为止，铅酸蓄电池在汽车及其它能源领域的应用仍然十分广泛。尽管它在性能和设计上得到了长足的进步，但铅酸蓄电池仍然有一些问题须要解决，包括提高持续放电时间和电池容量、延长循环寿命等方面。

铅酸电池中使用电解液添加剂是改善电池性能的主要途径之一，可以有效提高蓄电池持续放电时间和电池容量[1-5]，延长电池循环寿命[6-10]。络合型添加剂是一种常见的电解液添加剂。一方面，由于电解液中添加了金属离子络合物，体系中形成了金属络合物，从而可降低放电时负极活性表面上铅离子（Pb2+）浓度，进而减少或防止致密硫酸盐层的形成。如Honjo，Minoru认为0.5%氮川三醋酸二钠的加入，可以防止电极和铅质的失活及硫酸盐化，使电池具有较高的输出电压，较长的放电稳定性和较好的自放电性能[11]。另一方面，由于络合剂的加入，同时也降低了体系中其它离子的浓度。如往电解液中加入 0.12%的铜铁灵[12]，它能够与电解液中其它金属离子形成络合物，减少因其它微量金属（如Fe、Sb）存在而引起的电池自放电的增加，从而延长电池的循环寿命。

本文拟采用恒流放电和定电压充电的电化学方法对苯基丙二酸添加剂对铅酸电池电化学性能的影响进行研究，以证明苯基丙二酸用作电解液添加剂可以提高电池持续放电时间。

1 实验部分

1.1 试剂与仪器

硫酸（分析纯），苯基丙二酸（化学纯），电解液密度计，蓄电池充放电检测仪（SMCF），铅酸蓄电池。

1.2 试验方法和步骤

测试所用电解液的配制：用密度为1.840 g/cm3（25 ℃）的分析纯硫酸和去离子水按一定比例配制成密度为1.20 g/cm3（25 ℃）的电解液，然后将一定量的电解液添加剂添加到配制的电解液中并经严格过滤后，注入到铅酸蓄电池中。

恒流放电测试条件：小电流放电（0.25 CA），放电终止电压为10.5 V。

定电压充电测试条件：定电压14.7 V充电，充电时间8~15 h。

2 试验与结果分析

在加入电解液添加剂之前做空白试验，得到放电时间202.72 min。为了比较，实验时，设置了电解液添加剂的添加量分别为5，10，15，20 g/L进行实验，其它充放电条件相同，实验结果如表1所示。

表1 添加剂对放电持续时间的影响Table 1 The influence of additive on discharge period

从表1可以看出，分别选用添加量为5，10，15，20 g/L电解液在铅酸蓄电池上进行试验，结果表明放电持续时间都得到延长，表明添加量在5~15 g/L范围内是有效的。其中，当添加量在10 g/L时，作用效果最明显。

在电解液体系中，苯基丙二酸离解为苯基丙二酸根负离子，由于分子内存在相互作用，结果使酸根负离子上的负电荷比较分散而稳定。苯基丙二酸作为电解液的添加剂使用，提供形成能力，调节pH值和电导率。

3 结 论

本文通过恒流放电和定电压充电的电化学方法对苯基丙二酸添加到电解液中的作用进行了初步的研究，得到最佳添加量，即10 g/L。在这一条件下，苯基丙二酸作为电解液添加剂有利于电池的放电持续时间的提高。由于铅蓄电池是个复杂的电化学体系，添加剂苯基丙二酸改善放电性能的作用机理尚需进一步研究。

[1] Walton K．The effective elastic moduli of a random packing of speres[J].J Mech Phys Solids，1987(35)：213-226．

[2] Chang C S，Misra A．Packing structure and mechanical properties of granulates[J].J Eng Mech，1990(116)：1077-1093．

[3] Bathurst R J，Rothenburg L．Investigation of micromechanical features of idealized granular assemblies using DEM[J].Eng Computaion，1992(2)：199-210．

[4] 张爱勤，王力臻，李晓峰，等．硫酸按电解液添加剂对铅酸电池电化学性能的影响[J].郑州轻工业学院学报(自然科学版)，2008，23(5)：5-7.

[5] 申屠超，金建忠．铅酸蓄电池容量恢复电解液添加剂的研究[J].电源技术，2007，131(6)：494-495．

[6] 孙成．浅谈碳在阀控铅蓄电池中的应用[J].电池工业，2005，10(3)：162-164．

[7] 李万千，唐有根，宋永江，等．添加铈对铅钙合金在硫酸溶液中电化学性能的影响[J].化学学报，2008，66(16)：1857-1962．

[8] 包有富，王瑜，俞美雯，等．磷酸作为VRLA电池电解液的添加剂[J].电池，2005，35(2)：117-118．

[9] 魏杰，王东田．复合添加剂对铅酸蓄电池性能的影响[J].电源技术，2001，25(3)：208-210．

[10] 张华，王路，尹鸽平，等．铅酸蓄电池电解液添加剂—柠檬酸[J].电源技术，2003，27(3)：293-294．

[11] 魏杰，王东田．复合添加剂对铅酸蓄电池性能的影响[J].电源技术，2001，25(3)：208-210．

[12] Jpn Kokai Tokkyo Koho：JP，59 175 572[P].1984．

The Effect of Phenylmalonic Acid Additive on Discharge Period of Lead-acid Battery

GUAN Feng，GAO Xia-nan，ZHU Ming-chang，LIU Lei，GAO En-jun
(Laboratory of Coordination Chemistry, Shenyang City (International) Key Laboratory of inorganic molecule-based materials chemistry, Shenyang University of Chemical Technology, Liaoning Shenyang 110142, China)

Effect of phenylmalonic acid additive on discharge period of lead-acid battery was studied by galvanostatic discharge and constant voltage charge, and possible action mechanisms of the additive were discussed.The results indicate that the proper quantities of phenylmalonic acid additive can increase discharge period of the lead-acid battery.

Lead-acid battery; Additive; Phenylmalonic acid; Discharge period

O 646

A

1671-0460（2011）01-0021-02

沈阳市科技基金，项目号：1091183-1-00; 沈阳市科技基金，项目号：F10-215-1-00

2010-09-29

关 锋（1985-），男，硕士在读，辽宁沈阳人，2004年毕业于沈阳化工大学应用化学专业，研究方向：从事配位化合物合成研究工作。E-mail：guanfeng850109@sina.com，电话：13898143350。

高恩君（1962-），男，二级教授，博士，辽宁沈阳人，研究方向：从事配位化学研究工作。E-mail：ejgao@yahoo.com.cn，电话：024-89385016。