Grafen to nowy rodzaj materiału przewodzącego o strukturze dwuwymiarowej, który składa się z pojedynczej warstwy atomów węgla, a jego podstawową jednostką strukturalną jest sześcioczłonowa struktura pierścieniowa, która charakteryzuje się dobrą stabilnością chemiczną. Ponadto grafen ma dużą powierzchnię właściwą, co nie tylko zapewnia duży interfejs reakcji, ale także poprawia dyspersję powierzchniowych nanomateriałów. Wysoka przewodność grafenu sprzyja przenoszeniu ładunku elektronowego w procesie reakcji elektrochemicznej; Uzwojenie między arkuszami grafenu może zapewnić strukturę porów
sprzyjającą penetracji elektrolitu i dyfuzji jonów, więc przewodzący materiał kompozytowy zbudowany na bazie grafenu jako dodatku do elektrody ujemnej może znacznie poprawić wydajność elektrochemiczną akumulatorów kwasowo-ołowiowych.

Jednak ze względu na niską gęstość materiałów grafenowych po dodaniu do ujemnej pasty ołowianej wystąpi efekt unoszenia się węgla, co również doprowadzi do luźnej kombinacji ołowiu i węgla. Ponadto wprowadzenie materiałów grafenowych zaostrzy problem wydzielania się wodoru w elektrodzie ujemnej i spowoduje utratę wody i wysychanie elektrolitu, dlatego musi być modyfikowany kompozytem; Jednocześnie materiały grafenowe łatwo się agregują i zbrylają, powierzchnia jest gładka i obojętna, co nie sprzyja kompozytowaniu z innymi materiałami, dlatego musi być skutecznie funkcjonalizowana.

Cechy techniczne:
Wynalazek zapewnia sposób wytwarzania materiału kompozytowego tlenku ołowiu na nośniku ze zredukowanym tlenkiem grafenu do akumulatora ołowiowo-węglowego .

Dyspersję tlenku grafenu dokładnie miesza się z roztworem aniliny i octanu ołowiu (wartość pH reguluje się roztworem alkalicznym KOH), a następnie dodaje do kotła reakcyjnego w celu przeprowadzenia reakcji hydrotermalnej (180 ℃); Oddzielić hydrożel kompozytowy grafen/ołów w produkcie reakcji i przemyć go bezwodnym etanolem i wodą dejonizowaną; Następnie najpierw skondensowano - (60 ℃), a następnie liofilizowano (próżnia, -60 ℃), aby uzyskać aerożel złożony ze zredukowanego tlenku grafenu/tlenku ołowiu; Zredukowany aerożel kompozytowy GO/tlenek ołowiu kalcynowano pod osłoną argonu (450℃, 2 godziny, szybkość ogrzewania 5℃/min) i otrzymano kompozyt tlenku ołowiu osadzony na zredukowanym GO.

Metoda aplikacji otrzymanego materiału kompozytowego z tlenku ołowiu na nośniku RGO jest następująca: materiał kompozytowy jest stosowany jako dodatek do elektrody ujemnej, zmieszany z proszkiem ołowiu, czernią acetylenową, siarczanem baru, kwasem humusowym, ligninosulfonianem sodu, krótkim włóknem, wodą dejonizowaną i rozcieńczony kwas siarkowy i powlekany na ołowianej siatce, a po utwardzeniu uzyskuje się płytkę generatora elektrody ujemnej akumulatora kwasowo-ołowiowego.

Zredukowany tlenek grafenu w wynalazku odnosi się do grafitu, który jest najpierw interkalowany i dyspergowany metodą chemiczną, a grupy funkcyjne zawierające tlen są modyfikowane na jego powierzchni z wytworzeniem tlenku grafitu lub tlenku grafenu; Następnie stosuje się silny środek redukujący, aby zredukować i wyeliminować grupy funkcyjne na powierzchni, aby uzyskać zredukowany tlenek grafenu. Grafen otrzymany tą metodą ma więcej defektów powierzchniowych, zawiera więcej grup funkcyjnych zawierających tlen i jest łatwy do modyfikacji powierzchni. Co więcej, ta metoda może realizować produkcję grafenu na dużą skalę i jest bardziej odpowiednia do zastosowań przemysłowych niż usuwanie grafenu metodą fizyczną.

Zredukowany materiał nanokompozytowy tlenek grafenu / tlenek ołowiu przygotowany według wynalazku jest równomiernie obciążony cząstkami tlenku ołowiu między zredukowanymi arkuszami grafenu, a rozmiar średnicy można kontrolować w zakresie od 50300 nm, a aminowa lub iminowa grupa funkcyjna w cząsteczce aniliny może skutecznie adsorbować jony ołowiu poprzez działanie elektrostatyczne i kompleksowanie koordynacyjne. -Ponadto grupa funkcyjna zawierająca azot ma zdolność redukowania i może być adsorbowana w procesie REDOX z jonami ołowiu o silnych właściwościach utleniających, co zwiększa zdolność adsorpcji arkusza tlenku grafenu do jonów ołowiu, zwiększa miejsce aktywne materiału kompozytowego i wzbogaca wydajność właściwości materiału kompozytowego. Unika się aglomeracji grafenu i uzyskuje się jednorodną dyspersję związków grafenu i ołowiu. I poprawić gęstość materiałów węglowych, zmniejszyć zjawisko unoszącego się węgla w procesie mieszania grafenu i ołowianych materiałów anodowych, może znacznie poprawić zdolność przyjmowania ładunku akumulatorów kwasowo-ołowiowych i żywotność cyklu HRPSoC; Jednocześnie domieszkowanie azotem i kompozyt tlenku ołowiu i grafenu może skutecznie zwiększyć nadpotencjał wydzielania wodoru w dodatku i rozwiązać problem utraty wody w akumulatorach ołowiowo-węglowych.

Dane testowe:
Wytworzona płyta generatora elektrody ujemnej i płyta dodatnia akumulatora kwasowo-ołowiowego zostały zmontowane w akumulator bogaty w płyn, a następnie zmierzono i porównano cykl życia i pojemność właściwą w stanie częściowego naładowania (HRSoC) o dużej szybkości (dane przedstawiono w tabeli 1 i na rycinie 1). Wyniki pokazują, że wydajność cyklu i pojemność właściwa akumulatora ołowiowo-węglowego są znacznie lepsze w porównaniu z tradycyjnym akumulatorem kwasowo-ołowiowym (stosunek pustych par) po wprowadzeniu dodatków grafenu konwencjonalnymi metodami, a akumulator ołowiowo-węglowy z dodatkiem przygotowanym według wynalazku uległa dalszej poprawie pod względem cyklu życia HRPSoC i pojemności właściwej.

Tabela 1 . Porównanie testów wydajności akumulatorów kwasowo-wodnych bogatych w płyny

FIGA. 2 przedstawia porównanie wydajności wydzielania wodoru przygotowanej ujemnej płytki generatora. Jak widać na rysunku, półfabrykat bez dodatku materiału grafenowego ma najwyższy nadpotencjał proporcjonalnego wydzielania wodoru, podczas gdy zwykły materiał grafenowy dodany zgodnie z powszechną metodą ma najniższy proporcjonalny nadpotencjał wydzielania wodoru, co jest nierozerwalnie związane z wpływem sam materiał węglowy ma niski nadpotencjał wydzielania wodoru. Jednakże, po dodaniu dodatku zredukowanego tlenku grafenu/tlenku ołowiu przygotowanego według wynalazku, stosunek nadpotencjału wydzielania wodoru na płytce ujemnej jest w przybliżeniu taki sam jak dla pustej pary bez dodatku grafenu,

FIGA. 2 . Porównanie wydajności wydzielania wodoru przez płytkę elektrody

FIGA. 3. Zdjęcie ze skaningowego mikroskopu elektronowego (SEM) przygotowanej próbki kompozytów tlenku ołowiu na nośniku GO

Rysunek 4. Zdjęcie z transmisyjnego mikroskopu elektronowego (TEM) przygotowanej próbki kompozytu tlenku ołowiu na nośniku DGO