高性能贮能装置制造方法及图纸

一种铅－酸电池组，包括：至少一个铅基负极（１）；至少一个二氧化铅基正极（２）；至少一个电容器电极（３）；和与电极（１，２）接触的电解质（７）；其中电池组部分由铅基负极（１）和二氧化铅基正极（２）形成；非对称电容器部分由电容器电极（３）和一个选自铅基负极（１）和二氧化铅基正极（２）的电极形成；其中全部负极连接到负极母线（９），而全部正极连接到正极母线（８）。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】高性能贮能装置
本专利技术涉及高性能贮能装置，包括电池组例如铅-酸电池组和其他电池组类型，以及电容器电极和非对称电容器。
技术介绍
对于开发和推广几乎不完全依赖化石燃料的车辆的需要日益增长以应对城市环境中的空气污染和减少全球性消耗供应受限的化石燃料。上述车辆分成三大类：电动车辆(EV)、混合电动车辆(HEV)和轻度混合电动车辆(亦称42-伏能网(powernet)车辆)。电动车辆和混合电动车辆可使用各种不同的电池组类型，包括铅-酸电池组。因为成本低，轻度混合电动车辆可主要使用铅-酸电池组。混合和轻度混合电动车辆依靠内燃机和电池组的结合用作动力源。在目前豪华车辆(内燃机车辆)中由于增加机载能量需要，目前14-伏交流发电机的功率接近或者超过其极限。因而开发了轻度混合电动车辆。这种轻度混合电动车辆使用36-伏电池组和42-伏交流发电机。该轻度混合电动车辆提供了一些优于现有内燃机车辆的优点，包括较高利用发电能力，导致排放降低。虽然在开发新型的用于至少部分依赖电力的车辆的电池组和能源网络方面已有许多重大进展，但是用于这些车辆的电池组仍然具有许多问题。所有这些电池组中，就车辆运转时的不同阶段从电池组得到电流和再充电至电池组而言对电池组有着不同的要求。例如，需要从电池组高速放电来分别在电动和混合电动车辆中能够加速或发动引擎。电池组的高速再充电与再生制动有关。在使用铅-酸电池组的情况中，特别在混合和轻度混合电动车辆中，高速的电池组放电和再充电导致在负极板表面上形成硫酸铅层，并且在负极板和正极板处产生氢/氧。这主要由于对电池组强电流需要而出现。这些电池组通常在部分充电状态情况(PSoC)下运转，所述部分充电状态情况对于电动车辆来说为20-100％，对于混合电动车辆为-->40-60％，和对于轻度混合电动车辆为70-90％。这是高效部分充电状态(HRPSoC)。在模拟HRPSoC负荷下，如混合和轻度混合电动车辆运转，主要由于在负极板表面上硫酸铅的逐渐积累而使铅-酸电池组过早失效。其发生是因为在由再生制动或者由引擎充电期间硫酸铅不能被有效地转换回海绵铅。最终，该硫酸铅层发展达到这样的程度以致板的有效表面积显著地减少，和板不再能输送车辆所需的较高电流。这显著地减缩了电池组的潜在使用期限。在其它
，包括移动或蜂窝电话技术，提供替代的具有改进的总使用期限和性能同时满足装置不同功率需求的电池组类型是有利的。因此，存在着一种对改性电池组包括铅-酸电池组的需要，所述改性电池组同现有电池组相比具有改进的使用期限和/或改进的总性能。
技术实现思路
根据一个方面，提供一种铅-酸电池组，包括：至少一个铅基负极，至少一个二氧化铅基正极，至少一个电容器负极，和与电极接触的电解质，其中正极和铅基负极限定电池组部分，正极和电容器负极限定非对称电容器部分，正极被电池组部分和非对称电容器部分共用，并且其中铅基负极和电容器负极连接到负极母线，一个或多个正极连接到正极母线。这样，二氧化铅电池组部分和铅-酸电池组的非对称电容器部分在一个公共部件中并联连接。因此，非对称电容器部分在强电流充电或放电期间优先地获得或者释放电荷。其发生是因为非对称电容器部分具有比电池组部分更低的内电阻，并且在高速充电期间(例如再生制动期间)或在高速放电期间(例如车辆加速和发动引擎期间)首先吸收和释放电荷。因此，非对称电容器部分将分担铅-酸电池组部分的高速运转，并且将提供具有明显更长寿命的铅-酸电池组。这都是在电池组和电容器部分间无任何电子控制或切换下实现的。根据一个实施方案，该两部分共用的正极被设置于铅基负极和电容器负极之间。-->要理解的是可使用反向布局，其中该共用电极是铅基负极。铅基负极将与电容器正极限定非对称电容器部分。因而，考虑到两种可供选择的布局，第二方面提供铅-酸电池组，包括：至少一个铅基负极；至少一个二氧化铅基正极；至少一个电容器电极；和与电极接触的电解质；其中电池组部分由铅基负极和二氧化铅基正极形成；非对称电容器部分由电容器电极和一个选自铅基负极和二氧化铅基正极的电极形成；其中全部负极连接到负极母线，而全部正极连接到正极母线。根据这个方面，每个电容器电极可以单独是正或负极。优选，该铅-酸电池组包括交错顺序的正负电极。在交错的电极中，这些中的每个可以是电池组电极、电容器电极或联合电池组/电容器电极。这些电极类型将在下文中更详细地描述。按照本专利技术的第三方面，提供一种铅-酸电池组，其包括交错顺序的正负电极和与电极接触的电解质，其中：至少一对相邻的正负电极区域储存电容能量，和至少一对相邻的二氧化铅正极和电池组铅负极区域储存电化学能量，和其中正极直接地由第一导体连接，而负极直接地由第二导体连接。在本专利技术更进一步的方面中，已经发现如果存在电极中的一个的电势窗口或电势工作范围的不匹配，可以发生氢气析气。当电池电压大于电极电势范围时，这特别适用。氢气析气是不受欢迎的，因为其导致在所发生析气的电极处的电池组过早失效。为避免不匹配，按照更进一步的实施方案，至少电容器负极中的一个包括高表面积电容器材料和一种或多种选自铅、锌、镉、银和铋的氧化物、氢氧化物或硫酸盐的添加剂。添加剂优选以氧化物形式添加。添加剂优选是铅和/或锌添加剂，最优选氧化铅和/或锌。不匹配还可以在电容器正极发生。如此，按照一个其中电池组包括电容器正极的实施方案，电容器正极包括：-->高表面积电容器材料，Pb2O3，锑的氧化物、氢氧化物或硫酸盐，和任选一种或多种添加剂，其选自铁和铅的氧化物、氢氧化物和硫酸盐。本专利技术的这个方面可以同样地适用于其它混合电池组类型以避免析气。如此，按照本专利技术的第四方面，提供一种混合电池组-电容器，其包括：至少一个电池组型正极，至少一个电池组型负极，至少一个选自电容器负极和电容器正极的电容器型电极，其中电容器负极包括高表面积电容器材料和一种或多种选自铅、锌、镉、银和铋的氧化物、氢氧化物或硫酸盐的添加剂，和其中电容器正极包括：高表面积电容器材料，Pb2O3，锑的氧化物、氢氧化物或硫酸盐，和任选一种或多种添加剂，其选自铁和铅的氧化物、氢氧化物和硫酸盐，和与电极接触的电解质，其中电池组部分形成在电池组型正极和电池组型负极间(即由电池组型正极和电池组型负极限定)，非对称电容器部分形成在电容器电极和电池组型电极之一之间，其中电池组型电极之一由电池组部分和非对称电容器部分共用，其中负极直接电连接到第一导体，正极直接电连接到第二导体。按照本专利技术的更进一步的方面，还提供基于以上所述观念的新型电容器电极。新型电容器负极包括集电器和浆料涂层(paste coating)，浆料涂层包括高表面积电容器材料、粘合剂和基于浆料涂层重量的5-40wt％的添加剂或添加剂混合物，其选自铅、锌、镉、银和铋的氧化物、氢氧化物或硫酸盐，前提条件是添加剂包括至少一种铅或锌的氧化物、氢氧化物或硫酸盐。新型电容器正极包括集电器和浆料涂层，浆料涂层包括高表面积-->电容器材料、粘合剂和基于浆料涂层重量的10-40wt％的添加剂混合物，其包括：Pb2O3，锑的氧化物、氢氧化物或硫酸盐，和任选一种或多种铁和铅的氧化物、氢氧化物或硫酸盐。最后，还提供一种非对称电容器，其包括如上所述的电容器电极。附图说明图1是根据本专利技术的一个实施方本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种铅－酸电池组，包括：至少一个铅基负极；至少一个二氧化铅基正极；至少一个电容器电极；和与电极接触的电解质；其中电池组部分由铅基负极和二氧化铅基正极形成；非对称电容器部分由电容器电极和一个选自铅基负极 和二氧化铅基正极的电极形成；其中全部负极连接到负极母线，而全部正极连接到正极母线。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】AU 2003-9-18 20039050861.一种铅-酸电池组，包括：至少一个铅基负极；至少一个二氧化铅基正极；至少一个电容器电极；和与电极接触的电解质；其中电池组部分由铅基负极和二氧化铅基正极形成；非对称电容器部分由电容器电极和一个选自铅基负极和二氧化铅基正极的电极形成；其中全部负极连接到负极母线，而全部正极连接到正极母线。2.根据权利要求1的铅-酸电池组，其中电极在正负电极间交替变化。3.根据权利要求1或权利要求2的铅-酸电池组，其中电容器电极包括选自碳、氧化钌、氧化银、氧化钴和导电聚合物的高表面积材料。4.根据权利要求3的铅-酸电池组，其中高表面积材料是高表面积碳材料。5.根据权利要求4的铅-酸电池组，其中高表面积材料是活性碳。6.根据权利要求5的铅-酸电池组，其中活性碳材料的表面积为1000-2500m2/g。7.根据权利要求4-6中任一项的铅-酸电池组，其中电容器电极进一步包括炭黑。8.根据权利要求7的铅-酸电池组，其中电容器电极包括涂层，所述涂层包括5-20％炭黑、40-80％活性碳、0-10％碳纤维和5-25％粘合剂。9.根据权利要求1-8中任一项的铅-酸电池组，其中铅-酸电池组包括至少一个电容器负极，其包括高表面积活性物质和含铅、锌、镉、银和铋的氧化物、氢氧化物或硫酸盐或其混合物的添加剂或添加剂混合物。10.根据权利要求9的铅-酸电池组，其中添加剂包括至少一种铅或锌的氧化物、氢氧化物或硫酸盐。11.权利要求9和10中任一项的铅-酸电池组，其中添加剂存在于电容器负极上的涂层中，其量使得电容器负极的电势窗口增加到至少-1.2V。-->12.根据权利要求9-11中任一项的铅-酸电池组，其中总添加剂含量基于总电容器涂料组合物计为5-40wt％。13.根据权利要求9-12中任一项的铅-酸电池组，其中电容器负极添加剂包括以下金属的以氧化物、硫酸盐或氢氧化物形式的化合物：1-40wt％Pb，1-20wt％Zn，0-5wt％Cd和0-5wt％Ag。14.根据权利要求1-13中任一项的铅-酸电池组，其中铅-酸电池组包括至少一个电容器正极，所述正极包括：高表面积电容器材料，和电容器正极添加剂，该添加剂包括：Pb2O3，锑的氧化物、氢氧化物或硫酸盐，和任选一种或多种选自铁和铅的氧化物、氢氧化物和硫酸盐的添加剂。15.根据权利要求14的铅-酸电池组，其中存在电容器正极添加剂，其量使电容器正极的电势窗口增加到至少+1.2V。16.根据权利要求14或权利要求15的铅-酸电池组，其中电容器正极添加剂的含量基于总电容器正极涂料组合物计为5-40wt％。17.根据权利要求14-15中任一项的铅-酸电池组，其中电容器正极添加剂包括0-30wt％氧化物、硫酸盐或氢氧化物形式的Pb，1-10wt％Pb2O3，0-2wt％氧化物、硫酸盐或氢氧化物形式的Fe和0.05-1wt％氧化物、硫酸盐或氢氧化物形式的Sb。18.根据前述权利要求中任一项的铅-酸电池组，其中铅-酸电池组包括具有至少两个区域的负极，所述区域包括电池组-电极材料区域和电容器-电极材料区域。19.根据权利要求18的铅-酸电池组，其中负极在一个面上包括铅基电池组电极材料区域，在相反面上包括电容器负极材料区域。20.根据权利要求1-19中任一项的铅-酸电池组，其中非对称电容器部分具有过度电容器电容。21.根据权利要求1-20中任一项的铅-酸电池组，其中非对称电容器部分具有超电容器电容。22.根据权利要求1-21中任一项的铅-酸电池组，其中电解质是硫酸。23.根据权利要求1-22中任一项的铅-酸电池组，其中每一正负电-->极通过多孔隔板与相邻电极隔开。24.根据权利要求23的铅-酸电池组，其中位于相邻的铅基负极和二氧化铅基正极之间的隔板的厚度为1-2.5毫米。25.权利要求23或权利要求24的铅-酸电池组，其中位于与电容器电极表面接触的隔板的厚度为0.01-0.1。26.一种铅-酸电池组，包括：至少一个铅基负极，至少一个二氧化铅基正极，至少一个电容器负极，和与电极接触的电解质，其中正极和铅基负极限定电池组部分，正极和电容器负极限定非对称电容器部分，正极被电池组部分和非对称电容器部分共用，并且其中铅基负极和电容器负极连接到负极母线，一个或多个正极连接到正极母线。27.根据权利要求26的铅-酸电池组，其中电极在正负电极间交替变化。28.权利要求26或权利要求27的铅-酸电池组，其中电容器电极包括高表面积碳材料。29.根据权利要求26-28中任一项的铅-酸电池组，其中电容器负极包括高表面积活性物质和包括铅、锌、镉、银和铋的氧化物、氢氧化物或硫酸盐或其混合物的添加剂或添加剂混合物。30.根据权利要求29的铅-酸电池组，其中添加剂包括至少一种铅或锌的氧化物、氢氧化物或硫酸盐。31.权利要求29和30中任一项的铅-酸电池组，其中添加剂存在于电容器负极上的涂层中，其量使得电容器负极的电势窗口增加到至少-1.2V。32.根据权利要求29-31中任一项的铅-酸电池组，其中总添加剂含量基于总电容器涂料组分为5-40wt％。33.根据权利要求29-32中任一项的铅-酸电池组，其中电容器负极添加剂包括以下金属的以氧化物、硫酸盐或氢氧化物形式的化合物：1-40wt％Pb，1-20wt％Zn，0-5wt％Cd和0-5wt％Ag。34.根据权利要求26-33中任一项的铅-酸电池组，其中铅-酸电池-->组包括至少一个电容器正极，所述正极包括：高表面积电容器材料，和电容器正极添加剂，该添加剂包括：Pb2O3，锑的氧化物、氢氧化物或硫酸盐，和任选一种或多种选自铁和铅的氧化物、氢氧化物和硫酸盐的添加剂。35.根据权利要求34的铅-酸电池组，其中电容器正极添加剂的含量为5-40wt％。36.根据权利要求34或35的铅-酸电池组，其中电容器正极添加剂包括0-30wt％氧化物、硫酸盐或氢氧化物形式的Pb，1-10wt％Pb2O3，0-2wt％氧化物、硫酸盐或氢氧化物形式的Fe和0.05-1wt％氧化物、硫酸盐或氢氧化物形式的Sb。37.前述权利要求中任一项的铅-酸电池组，其中铅-酸电池组包括具有至少两个区域的负极，所述区域包括电池组-电极材料区域和电容器-电极材料区域。38.权利要求37的铅-酸电池组，其中负极在一个面上包括铅基电池组电极材料区域，在相反面上包括电容器负极材料区域。39.根据权利要求26-38中任一项的铅-酸电池组，其中非对称电容器部分具有过度电容器电容。40.根据权利要求26-39中任一项的铅-酸...

【专利技术属性】
技术研发人员：林兆麟，NP海格哈，CG菲兰德，DAJ兰德，
申请(专利权)人：联邦科学及工业研究组织，
类型：发明
国别省市：AU[澳大利亚]