本文档属于类型b，是一篇发表在*Journal of Energy Storage*（2024年7月）上的综述文章，题为《Recent Advances on Electrolyte Additives Used in Lead-Acid Batteries to Enhance Their Electrochemical Performances》，作者为Behrooz Mosallanejad（伊朗阿米尔卡比尔理工大学化学系）和Mohammad Akrami（英国埃克塞特大学工程学院）。

主题与背景

铅酸电池（Lead-Acid Batteries, LABs）作为最成熟的二次电池技术，在储能领域占据最大市场份额，但其仍存在能量密度低、循环寿命短、负极硫酸盐化（sulfation）、正极腐蚀等问题。本文综述了通过电解液添加剂（electrolyte additives）提升铅酸电池性能的最新进展，重点分析了无机盐/酸（inorganic salts and acids）和离子液体（ionic liquids, ILs）两类添加剂的作用机制及研究现状。

主要观点与论据

1. 无机盐/酸类添加剂的性能优化机制

• 作用原理：通过调控电解液中离子的平均活度系数（mean activity coefficient）和氢/氧析出过电位（overpotential），抑制副反应（如析氢、水分解）和硫酸铅（PbSO₄）不可逆结晶。例如：
  
  • 硫酸钠（Na₂SO₄）：0.05 M浓度可降低析氢电流，形成致密钝化膜减缓负极硫化（[32]）。
    
  • 硼酸（H₃BO₃）：增加氧/氢析出过电位，减少水损耗；其分解产物BO₃³⁻可覆盖铅栅极抑制腐蚀（[30]）。
    
  • 乙二胺四乙酸钠（Na₂EDTA）：通过螯合作用（chelating effect）控制PbSO₄晶体尺寸，提升电极-电解液界面接触（[37]）。
    
• 协同效应：混合添加剂（如H₃PO₄ + SnSO₄）通过物理吸附和调控H⁺传输路径，可同时保护正负极（[36]）。
  

2. 离子液体（ILs）的独特优势

• 抑制腐蚀与析氢：ILs的阳离子通过范德华力吸附于电极表面，阻断H⁺还原路径。例如：
  
  • 1-乙基-3-甲基咪唑二乙基磷酸盐（EMIDP）：使电池容量从45 mAh/g提升至83 mAh/g（[45]）。
    
  • 三丁基铵硫酸氢盐（Tri-BAHS）：烷基链长度增加可提高氢/氧析出过电位，减少水损耗（[49]）。
    
• 成膜保护：ILs在电极表面形成保护层（如1-辛基-3-丙基咪唑碘化物），通过SEM和EDX证实其能减少PbSO₄沉积（[50]）。
  

3. 其他添加剂的应用

• 表面活性剂：如聚氟烷基磺酸（Forafac）可在正极形成钝化层，延长电池寿命（[53]）。
  
• 氧化碳胶体：羧基化碳颗粒通过静电作用连接未反应的PbO₂颗粒，提升容量（[54]）。
  
• 芳香酯类：苯甲酸苄酯（benzyl benzoate）抑制负极硫化，使循环寿命延长2-3倍（[56]）。
  

挑战与展望

• 研究不足：相比锂离子电池，铅酸电池添加剂的研究数量有限（图1显示1974-2024年文献波动），且缺乏对混合添加剂协同机制的深入探索。
  
• 产业化障碍：离子液体的高成本和复杂合成工艺阻碍其商业化（如EMIDP需精密制备[45]）。
  
• 未来方向：
  
  1. 开发新型无机/有机添加剂组合；
     
  2. 通过先进表征技术（如XPS、原位SEM）分析保护膜的化学组成；
     
  3. 产学研合作推动添加剂的大规模生产与应用（如Na₂EDTA的缓冲效应已展示工业化潜力[37]）。
     

论文价值

本文首次系统总结了电解液添加剂在铅酸电池中的分类、机制及最新进展，为后续研究提供了以下关键参考：
1. 科学价值：阐明了添加剂调控电极-电解液界面的物理化学机制（如晶体尺寸控制、过电位调节）；
2. 应用价值：对比了不同添加剂的经济性与性能优化效果（如Na₂SO₄低成本 vs. ILs高性能），指导实际电池设计。

亮点

• 全面性：涵盖从传统无机盐到新兴离子液体的20余种添加剂，附详实数据表（表1）；
  
• 机制深度：通过SEM、EDX、电化学阻抗谱（EIS）等数据，揭示添加剂对PbSO₄形貌和电极腐蚀的微观影响（图2-8）；
  
• 批判性视角：指出当前研究在混合添加剂设计和产业化方面的短板，提出明确改进路径。