昆明理工黄惠、何亚鹏团队：亲水性PANI-GO复合材料在铅碳电池正极的应用

铅酸电池(LABs)作为可靠且安全的电源，在能源存储领域具有重要地位。然而，LABs存在能量密度低、容量衰减快、活性材料利用率低等缺点。特别是在铅碳电池(LCBs)中，正极活性材料(PAMs)的利用率成为制约电池性能的关键因素。正极添加剂能有效提升PAMs的利用率，但现有添加剂在结构稳定性和性能提升方面存在不足。

昆明理工大学黄惠、何亚鹏团队研究开发了一种新型正极添加剂——亲水性聚苯胺/氧化石墨烯(PANI/GO)复合材料。通过氧化聚合方法制备的PANI/GO复合材料，显著提升了PAMs的利用率和电池的电化学性能。

该研究成果以《Hydrophilic polyaniline/graphene oxide composite promoting electron and ion transfer in positive electrode of lead-carbon battery》为题的论文发表于Journal of Power Sources 631 (2025) 236248。

PANI/GO复合材料制备‌方法‌：采用氧化聚合方法，将苯胺单体在氧化剂过硫酸铵（APS）的作用下，在氧化石墨烯（GO）表面聚合形成PANI/GO复合材料（图1a）。

图1. (a)在GO上接枝聚苯胺的机理示意图，(b、c、d)PANI、GO和PANI/GO的SEM图像，(e XRD图谱

对比纯PANI、GO及其复合材料的微观形貌差异‌(图1b-d‌)，PANI/GO呈现分散层状结构，有利于电解质渗透，提升界面接触效率。通过XRD验证PANI、GO及其复合材料的晶体结构特征‌，表明PANI与GO共存于复合材料中，未出现新相，表明物理复合而非化学键合。通过FTIR光谱分析材料表面官能团变化，复合材料中羟基含量增加，亲水性显著提高。利用Raman光谱‌探究材料石墨化程度与结构缺陷，表明复合材料中GO的缺陷减少，有序度提高，利于电荷传输。

️‌材料亲水性‌：PANI/GO复合材料表面富含羟基等亲水基团，显著提高了材料的亲水性（图2g）。

图2. XPS谱(a)，高分辨XPS谱(b)C1S、(c)O 1s，(d)N 1s，(e)S 1s，(f)N2吸附/脱附

️‌材料导电性‌：PANI/GO在正板形成了高效的导电网络。

‌放电容量与倍率性能‌（图3）：含有0.45 wt% PANI/GO添加剂的铅碳电池初始放电容量达到3.55 Ah，相比未添加任何添加剂的电池提升了63.5%。在1C的高放电速率下，含有PANI/GO的电池仍能保持较高的放电容量。

图3. 小正板在H2SO4溶液中的CV曲线(a)和EIS(b)，充电/放电曲线(c)，倍率性能(d)，LCB的PAM利用

️‌循环稳定性‌（图4）：经过100次循环后，电池容量保留率高达98.8%。

‌ PANI/GO复合材料在正极中形成了有效的导电网络，促进了电子的快速传输。‌PANI/GO复合材料的亲水性、电导率和赝电容的协同特性提供了有效的导电网络，并用作HSO4−离子的存储介质，从而调节局部环境，大大加速了正极板内电子/离子转移。

本研究成功地将亲水性PANI/GO复合材料应用于铅碳电池正极，显著提升了电池的性能。PANI/GO复合材料的独特性质为铅碳电池的发展提供了新的方向，有望在未来储能领域发挥重要作用。

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