O grafeno é um novo tipo de material condutor de estrutura bidimensional, composto por uma única camada de átomos de carbono e sua unidade estrutural básica é uma estrutura em anel de seis membros, que possui boa estabilidade química. Além disso, o grafeno possui uma alta área superficial específica, que não apenas fornece uma grande interface de reação, mas também melhora a dispersão dos nanomateriais superficiais. A alta condutividade do grafeno é propícia à transferência de carga de elétrons no processo de reação eletroquímica; O enrolamento entre as folhas de grafeno pode fornecer a estrutura de poros
propícia à penetração de eletrólitos e difusão de íons, de modo que o material compósito condutivo construído com base em grafeno como aditivo de eletrodo negativo pode melhorar significativamente o desempenho eletroquímico de baterias de chumbo-ácido.

No entanto, devido à baixa densidade dos materiais de grafeno, o efeito de flutuação do carbono ocorrerá quando adicionado à pasta de chumbo negativa, o que também levará à combinação frouxa de chumbo e carbono. Além disso, a introdução de materiais de grafeno agravará o problema da evolução do hidrogênio no eletrodo negativo e fará com que o eletrólito perca água e seque, por isso precisa ser modificado compósito; Ao mesmo tempo, os materiais de grafeno são fáceis de agregar e endurecer, a superfície é lisa e inerte, o que não é propício para compósitos com outros materiais, por isso deve ser efetivamente funcionalizado.

Características técnicas:
A invenção fornece um método de preparação de material compósito de óxido de chumbo suportado por óxido de grafeno reduzido para bateria de chumbo-carbono .

A dispersão de óxido de grafeno é bem misturada com anilina e solução de acetato de chumbo (o valor de pH é ajustado com solução alcalina de KOH) e, em seguida, adicionada à caldeira de reação para reação hidrotérmica (180 ℃); Separar o hidrogel composto de grafeno/chumbo no produto da reação e lavá-lo com etanol anidro e água deionizada; Em seguida, foi primeiro condensado -(60 ℃) e depois liofilizado (vácuo, -60 ℃) para obter o aerogel composto de óxido de grafeno/óxido de chumbo reduzido; O aerogel composto de óxido de chumbo/GO reduzido foi calcinado sob a proteção de argônio (450 ℃, 2 horas, taxa de aquecimento de 5 ℃/min), e o composto de óxido de chumbo suportado por GO reduzido foi obtido.

O método de aplicação do material compósito de óxido de chumbo suportado por RGO obtido é o seguinte: o material compósito é usado como um aditivo de eletrodo negativo, misturado com pó de chumbo, preto de acetileno, sulfato de bário, ácido húmico, lignina sulfonato de sódio, fibra curta, água deionizada e ácido sulfúrico diluído e revestido na grade de chumbo, e a placa do gerador de eletrodo negativo da bateria de chumbo-ácido é obtida após a cura.

O óxido de grafeno reduzido na invenção refere-se ao grafite é intercalado e disperso pelo método químico primeiro, e grupos funcionais contendo oxigênio são modificados em sua superfície para formar óxido de grafite ou óxido de grafeno; E então um forte agente redutor é usado para reduzir e eliminar os grupos funcionais na superfície para obter óxido de grafeno reduzido. O grafeno preparado por este método tem mais defeitos de superfície, contém mais grupos funcionais contendo oxigênio e é fácil de modificar a superfície. Além disso, este método pode realizar a produção em larga escala de grafeno e é mais adequado para aplicações industriais do que a remoção de grafeno pelo método físico.

O material nanocompósito de óxido de grafeno/óxido de chumbo reduzido preparado pela invenção é uniformemente carregado com partículas de óxido de chumbo entre as folhas de grafeno reduzidas, e o tamanho do diâmetro é controlável entre 50300 nm, e o grupo funcional amino ou imino na molécula de anilina pode efetivamente adsorver íons de chumbo por ação eletrostática e complexação de coordenação. -Além disso, o grupo funcional contendo nitrogênio tem redutibilidade e pode ser adsorvido REDOX com íons de chumbo com fortes propriedades oxidantes, o que aumenta a capacidade de adsorção da folha de óxido de grafeno a íons de chumbo, aumenta o sítio ativo do material compósito e enriquece o desempenho características do material composto. A aglomeração de grafeno é evitada e a dispersão uniforme de grafeno e compostos de chumbo é realizada. E melhorar a densidade de materiais de carbono, reduzir o fenômeno de carbono flutuante no processo de mistura de materiais de grafeno e ânodo de chumbo, pode melhorar significativamente a capacidade de aceitação de carga de baterias de chumbo-ácido e ciclo de vida HRPSoC; Ao mesmo tempo, a dopagem de nitrogênio e o composto de óxido de chumbo e grafeno podem efetivamente aumentar o sobrepotencial de evolução de hidrogênio do aditivo e melhorar o problema de perda de água das baterias de chumbo-carbono.

Dados de teste:
A placa geradora de eletrodo negativo produzida e a placa positiva da bateria de chumbo-ácido foram montadas em uma bateria rica em líquido, e a vida útil e a capacidade específica da condição de carga parcial de alta taxa (HRSoC) foram medidas e comparadas (os dados são mostrados na Tabela 1 e Figura 1). Os resultados mostram que o desempenho do ciclo e a capacidade específica da bateria de chumbo-carbono são significativamente melhorados em comparação com a bateria de chumbo-ácido tradicional (relação de pares em branco) após a introdução de aditivos de grafeno por métodos convencionais, e a bateria de chumbo-carbono com o aditivo preparado pela invenção melhorou ainda mais em termos de ciclo de vida HRPSoC e capacidade específica.

Tabela 1 . Comparação de testes de desempenho de baterias de chumbo-ácido ricas em líquido

FIGO. 2 mostra a comparação do desempenho da evolução do hidrogênio da placa geradora negativa preparada. Como pode ser visto na figura, o branco sem adição de material de grafeno tem o maior sobrepotencial para evolução proporcional de hidrogênio, enquanto o material de grafeno comum adicionado de acordo com o método comum tem o menor sobrepotencial de evolução proporcional de hidrogênio, que é inseparável da influência de o próprio material de carbono tem um baixo sobrepotencial de evolução de hidrogênio. No entanto, após a adição do aditivo reduzido de óxido de grafeno/óxido de chumbo preparado pela invenção, a razão de sobrepotencial de evolução de hidrogênio da placa negativa é aproximadamente a mesma que a do par em branco sem a adição de grafeno,

FIGO. 2 . Comparação do desempenho da evolução do hidrogênio da placa do eletrodo

FIGO. 3. Foto do microscópio eletrônico de varredura (SEM) da amostra preparada de compósitos de óxido de chumbo suportados por GO reduzido

Figura 4. Foto do microscópio eletrônico de transmissão (TEM) da amostra preparada de composto de óxido de chumbo com suporte de DGO