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Verwendung von Kohlenstoff als negativer Zusatz in VRLA-Batterien
27 Aug 2021
Mehrere Arten von Kohlenstoff finden verschiedene Verwendungen in vielen Arten von elektrochemischen Energiequellen. In diesem Artikel konzentrieren wir uns auf Implementierungen seiner elementaren Formen in derzeit verwendeten Blei-Säure-Batterien sowie auf mögliche zukünftige Verbesserungen ihrer Konstruktion, die Kohlenstoff mit sich bringen kann. Einzigartige Eigenschaften von Kohlenstoff und eine Vielzahl seiner Allotrope ermöglichen es, in verschiedenen Teilen von Blei-Säure-Batterien Verwendung zu finden, nämlich in seiner negativen oder positiven aktiven Masse, einem Teil der Elektrode oder Stromkollektoren.
Nach dem Zweiten Weltkrieg wurden Zusätze zur Negativaktiven Masse (NAM), die sogenannten Expander, eingeführt. Ihre drei Hauptkomponenten waren Lignosulfonate, Bariumsulfat und Aktivkohle. Sie wurden verwendet, um die Bildung einer passiven Blei(II)-Sulfatschicht zu verhindern, den Anteil der an elektrochemischen Reaktionen beteiligten aktiven Masse zu erhöhen und die Stromleitfähigkeit zu verbessern, wenn die Platte entladen wird und hauptsächlich aus dem isolierenden Sulfat besteht. Heutzutage werden viele Arten von Kohlenstoff in dieser Rolle verwendet, z. B. Aktivkohle, Graphit, Acetylenruß oder Ruß.
Die Wirkung von Kohlenstoffadditiv ist positiv. Es verbessert die Zyklenlebensdauer von Batterien und die Ladungsaufnahme während eines Betriebs erheblich. Die deutliche Erhöhung der Lebensdauer und der Anzahl der Batterieentlade-/Ladezyklen ermöglicht es der Blei-Säure-Batterie, im Vergleich zu anderen teureren Arten von elektrochemischen Stromquellen, z. B. Ni-Cd-Zellen, wettbewerbsfähig zu werden. Die folgenden Abbildungen zeigen, wie das Hinzufügen von Kohlenstoff zum Gitter das Auftreten einer Sulfatschicht (Sulfatierung) verhindern kann.

Ohne Kohlenstoff

Mit Kohlenstoff

Heute wird Kohlenstoff in Blei-Säure-Batterien hauptsächlich als Zusatz zur negativen Aktivmasse verwendet, um deren elektrochemischen Eigenschaften zu verbessern. Dieses Additiv wirkt hauptsächlich auf die folgenden drei Arten: Erhöhung des Anteils der aktiven Masse, in dem elektrochemische Reaktionen von Blei ablaufen können, Speicherung der Energie in der elektrischen Doppelschicht als Kondensator und physikalische Beschränkung des Wachstums des großen und schwer zu reduzierenden Bleis Sulfatkristalle. Die Verwendung von Kohlenstoff bietet eine reale Möglichkeit der Implementierung von Blei-Säure-Batterien in Hybridfahrzeugen, da sie die Zykluslebensdauer verbessert und die beim Betrieb in solchen Fahrzeugen auftretende negative Plattensulfatierung reduziert. Die effektivsten Kohlenstoffadditive haben eine große spezifische Oberfläche, eine gute Leitfähigkeit und eine hohe Bleiaffinität. In den letzten Jahren wurden Untersuchungen von Kohlenstoff-Nanostrukturen oder Verbundmaterialien für diese Rolle begonnen. Carbon hat auch das Potenzial, in naher Zukunft der nächste Durchbruch in der Blei-Säure-Batterietechnologie zu sein. Der Einsatz in Stromabnehmern kann zu einer Verbesserung der schwächsten Stelle von . führen Blei-Säure-Batterien , nämlich ihre niedrige spezifische Energie.

Retikulierte Kohlekollektoren sorgen für ein geringeres Gewicht, eine bessere Ausnutzung der aktiven Masse und eine mechanische Unterstützung. Die Verbesserung der Parameter von Blei-Säure-Batterien kann es ihnen ermöglichen, in verschiedenen Bereichen (z. B. in Energiespeichern, Hybridfahrzeugen) besser mit neueren Batterietypen wie Lithium-Ionen zu konkurrieren. Kohlenstoff kann auch im Batteriebau als Kondensatorelektrode verwendet werden, wodurch eine höhere Leistungsdichte erreicht wird. Die Verbreitung der erwähnten kohlenstoffbasierten Verbesserungen in der Blei-Säure-Batteriekonstruktion kann zu vielen weiteren Jahren des wirtschaftlich sinnvollen Einsatzes dieser Art von Batterien führen. Trotz ihrer langen Geschichte scheinen Blei-Säure-Batterien ihren aktuellen Stellenwert nicht zu verlieren und können in Zukunft sogar neue Implementierungen erreichen.
EverExceed verwendet Nano-Kohlenstoff in ihren Modular Range VRLA-Batterien . Aus diesem Grund sind diese Batterien aufgrund ihrer robusten Leistung und langen Lebensdauer derzeit eine der beliebtesten VRLA-Lösungen auf dem Markt.

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