鉛酸蓄電池由二氧化鉛正極板、鉛負(fù)極板、超細(xì)纖維隔膜、硫酸電解液及電池殼、極柱組成，放電時(shí)正極板上的二氧化鉛和硫酸電解液發(fā)生還原反應(yīng)得到電子生成硫酸鉛，負(fù)極板上的海綿狀鉛和硫酸電解液發(fā)生氧化反應(yīng)生成硫酸鉛，即雙極硫酸鹽化。充電時(shí)又恢復(fù)原來(lái)的狀態(tài)，正極生成二氧化鉛，負(fù)極生成海綿狀鉛。

鉛酸電池在汽車(chē)上使用時(shí)，根據(jù)不同荷電狀態(tài)的使用環(huán)境要求，常規(guī)汽車(chē)啟停和微混動(dòng)力汽車(chē)，由于電池一般在90%荷電量下使用，常規(guī)鉛酸電池能夠正常使用。中度混合汽車(chē)，電池在70-90%荷電量下使用，負(fù)極板易被硫酸鹽化；全混汽車(chē)，電池在30-80%荷電量下使用，負(fù)極板會(huì)快速不可逆硫酸鹽化，使電池提前失效。

針對(duì)該問(wèn)題，L.T.Lam于2006年首次制備出了超級(jí)電池，將普通的負(fù)極板改良為一半正常鉛負(fù)極，一半碳負(fù)極板，通過(guò)給普通負(fù)極板并聯(lián)超級(jí)電容器的的方法，緩解鉛負(fù)極大電流下的硫酸鹽化。但是由于兩種負(fù)極存在電位差，電容電位更負(fù)，負(fù)極析氫嚴(yán)重。為了解決析氫和兩種負(fù)極組裝繁瑣的問(wèn)題。將碳材料與海綿狀鉛直接混合制作負(fù)極板，制作方法與傳統(tǒng)鉛酸電池接近，具有更好的電池性能和可操作性性，即鉛炭電池。

鉛炭電池可以延長(zhǎng)混合動(dòng)力汽車(chē)高倍率部分荷電量（HR-PSOC）工作狀態(tài)下循環(huán)壽命。鉛炭電池及相關(guān)技術(shù)創(chuàng)新如下：

1. 板柵，板柵起傳導(dǎo)電流和支撐活性物質(zhì)作用，通常板柵為鉛鈣錫鋁合金，為了減緩正極板柵腐蝕造成電池失效。首先可以對(duì)板柵通過(guò)苯胺浸泡進(jìn)行表面處理，減少物理阻抗。其次可以添加石墨烯，石墨烯和金屬鉛均晶粒細(xì)小均勻，排列致密，可以有效減少板柵的腐蝕。同時(shí)，在進(jìn)行氧化還原反應(yīng)時(shí)，金屬鉛與石墨烯形成的晶粒電阻比單純的金屬鉛晶粒小很多，因此電流密度也得到大幅提高。此外石墨烯可以增加板柵硬度，縮短板柵硬化時(shí)間，降低庫(kù)存周期，提高資金周轉(zhuǎn)率，切實(shí)降低了生產(chǎn)成本；

2. 正極板，正極活性物質(zhì)為氧化度70-88%的巴頓鉛粉和球磨鉛粉。Hu等合成含有多孔碳骨架的納米結(jié)構(gòu)鉛氧化物，與球磨鉛粉混合后使用，能將正極活性物質(zhì)利用率提高至72.5%。由于二氧化鉛結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化復(fù)雜，添加劑容易對(duì)其產(chǎn)生負(fù)面作用，可以添加石墨烯類(lèi)多孔碳，加速正極板化成，同時(shí)降低界面阻抗，增加反應(yīng)產(chǎn)物硫酸鉛晶體間隙，提升電荷轉(zhuǎn)移效率，控制硫酸鉛晶體的大小，從而避免負(fù)極硫酸鹽化并延長(zhǎng)電池壽命。Lang等在正極添加4%4BS（納米4堿式硫酸鹽）明顯提高電池循環(huán)壽命，應(yīng)用效果明顯。

3. 負(fù)極板，負(fù)極板是鉛炭電池的關(guān)鍵，要同時(shí)具備電池和電容的特性。因此負(fù)極要添加一定比例具有電化學(xué)活性的炭材料，啟到電容緩沖和去極化作用。負(fù)極板鉛膏活性物質(zhì)常規(guī)的添加劑包括：磺化木質(zhì)素和腐殖酸類(lèi)有機(jī)膨脹劑、導(dǎo)電炭、硫酸鋇和短纖維等。主要起到增加負(fù)極板活性物質(zhì)容量、減緩硫酸鹽化、提高結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，增強(qiáng)負(fù)極板充電倍率的作用。鉛炭電池負(fù)極板則是在常規(guī)鉛膏中添加更高比例的電容性炭材料例如碳納米管和氧化石墨烯類(lèi)材料，同時(shí)添加有助于高比表面炭材料分散用的分散劑，抑制炭材料帶來(lái)析氫問(wèn)題的添加劑氧化銦等，提升加炭后引起負(fù)極板強(qiáng)度低的粘結(jié)劑PTFE等，為防止負(fù)極板氧化可以延長(zhǎng)固化時(shí)間并采用內(nèi)化成工藝。

4. 電解液，電解液為稀硫酸水溶液，參與電池反應(yīng)，充電時(shí)濃度增加，放電時(shí)濃度減小，并且充電過(guò)程伴隨析氫反應(yīng)，隨著水的減少，濃度會(huì)增加，影響電池性能。電解液中的添加劑主要有鈉鹽、鉀鹽類(lèi)提升導(dǎo)電性能，磷酸減緩正極活性物質(zhì)脫落。以及高析氫過(guò)電位的金屬及其化合物或者離子液體用于抑制氫氣析出。Zhao等將240mg/L的溴化十六烷基三甲基銨與20mg/L的芐叉丙酮作為電解液添加劑，明顯提高循環(huán)壽命，得出其能夠抑制析氫。

5. 電性能，鉛炭電池相比鉛酸電池提升8倍充電速度，3倍放電功率，6倍循環(huán)壽命。相對(duì)于鉛酸電池20-40Wh/kg的能量密度，鉛炭電池可以提升到40~60Wh/kg，性價(jià)比得到極大提升。

鉛炭電池作為鉛酸電池的創(chuàng)新技術(shù)，不僅擴(kuò)展了其在中混和全混動(dòng)力汽車(chē)領(lǐng)域的應(yīng)用，而且進(jìn)一步體現(xiàn)了其在大規(guī)模和超大規(guī)模儲(chǔ)能領(lǐng)域的價(jià)值。