低溫環(huán)境下的技術(shù)挑戰(zhàn)

    儲備電源的核心優(yōu)勢在于激活前電解液與電池單元分離，可實現(xiàn)長達20年的儲存且無自放電。但當(dāng)溫度低至–50°C時，鉛酸系統(tǒng)的電化學(xué)過程顯著變慢，激活時間難以縮短至100毫秒以內(nèi)。盡管通過優(yōu)化電解液流動阻力，在–32°C下可實現(xiàn)29-45毫秒的激活時間，但在更低溫度下進一步突破卻困難重重。這導(dǎo)致許多應(yīng)用不得不轉(zhuǎn)向成本更高的鋰硫酰氯系統(tǒng)。

研究突破：微觀結(jié)構(gòu)重塑性能

    研究團隊利用澤攸科技ZEM臺式掃描電鏡，對電極材料進行深入微觀分析，探索了兩種創(chuàng)新路徑。

    鋅替代鉛的嘗試與挑戰(zhàn)  團隊首先嘗試用鋅替代傳統(tǒng)鉛陽極。雖然鋅在低溫下顯著提高了放電電壓，卻導(dǎo)致放電特性不穩(wěn)定，影響電源可靠性。上圖清晰展示了不同材料體系在  溫度下的性能差異。

    納米孔隙結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵作用  研究重點轉(zhuǎn)向優(yōu)化二氧化鉛陰極材料的納米孔隙結(jié)構(gòu)。通過精確控制電極制備條件，團隊成功調(diào)控了PbO?涂層的微觀結(jié)構(gòu)。

圖 根據(jù)不同制備方案得到的PbO?涂層表面的掃描電鏡圖像：1（a）、2（b）和3（c、d、e）

    掃描電鏡圖像清晰揭示了不同制備方案下PbO?涂層的表面形貌差異，為優(yōu)化工藝提供了直觀依據(jù)。

創(chuàng)新設(shè)計：雙層結(jié)構(gòu)平衡性能

    研究團隊開發(fā)了獨特的雙層結(jié)構(gòu)設(shè)計，將致密PbO?內(nèi)層與多孔外層相結(jié)合，既確保高放電容量，又實現(xiàn)快速激活。

圖 二氧化鉛（PbO?）陰極的雙層結(jié)構(gòu)模型

    這種設(shè)計在實驗中表現(xiàn)出色，基于Pb–HClO?–PbO?體系的電源在–50°C下仍能保持穩(wěn)定放電。

實際應(yīng)用驗證

    團隊制造了體積僅0.02毫升的微電池試驗批次。測試結(jié)果表明，優(yōu)化后的儲備電源在–50°C環(huán)境下實現(xiàn)了短于30毫秒的激活時間，且放電電壓穩(wěn)定，性能遠超預(yù)期。這一突破使得鉛酸系統(tǒng)重新成為低溫儲備電源的可行選擇，為相關(guān)領(lǐng)域帶來了更具成本效益的解決方案。

技術(shù)前景與挑戰(zhàn)

    盡管成果顯著，研究團隊指出仍需解決長期穩(wěn)定性等問題。目前正在進行的加速壽命測試初步表明，優(yōu)化后的PbO?涂層在儲存后仍能保持良好的性能。澤攸科技ZEM系列臺式掃描電鏡在這一研究中發(fā)揮了關(guān)鍵作用，其高成像速度和多樣的信號探測能力，為電極材料微觀結(jié)構(gòu)分析提供了強大支持。這項研究不僅推動了鉛酸電池技術(shù)的發(fā)展，更為環(huán)境下的電源解決方案開辟了新途徑。隨著進一步優(yōu)化，這一技術(shù)有望在更多關(guān)鍵領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)應(yīng)用突破。