铅碳电板（LCBs）因安全性高、本钱低、工艺熟悉，在现象储能畛域具有垂危运用，但始终处于高倍率部分荷电景况（HPRSoC）工况时，负极易生成大尺寸绝缘性PbSO₄晶体（粉饰活性物资名义，隔断充放电），且碳材料添加剂的低析氢过电位会加快 HER（导致电解液失水、充放电效力下跌）。

昆明理工大学陈阵、李会喜团队建树了一种兼具“阻难析氢”和“缓解不行逆硫酸盐化”功能的负极添加剂。自后果以《Metal-organic framework-derived N, Zn-doped carbon materials loaded with PbO for suppressing hydrogen evolution and irreversible sulfation in lead-carbon batteries》为题的论文发表于Journal of Energy Storage 139 (2025) 118885。

本文聚焦铅碳电板在HPRSoC下存在的析氢响应（HER）加重和负极不行逆硫酸盐化两大中枢问题，通过贪图新式负极添加剂兑现电板性能的糟蹋性提高。

本文的中枢鼎新点的在于材料贪图与功能协同，糟蹋了现存铅碳电板负极添加剂的时候瓶颈。

材料合成与制备：

以金属有机框架（MOF）材料ZIF-8为先行者体，通过三步法合成PbO@ZNCacid复合材料（N、Zn 共掺杂碳负载 PbO，见图1）：

图1. PbO@ZNCacid复合材料制备历程暗意图

①Zn²⁺与2-甲基咪唑配位合成 ZIF-8（MOF材料），经 900℃碳化得到 N、Zn 共掺杂多孔碳（ZNC）；

②ZNC经3M硝酸蚀刻，增多名义劣势和比名义积，得到ZNCacid；

③通过化学千里积 - 热解耦合设施，在ZNCacid名义均匀负载PbO颗粒，赢得 PbO@ZNCacid。

1. 添加剂的结构与性能表征

·描摹与晶体结构：ZNCacid保留 ZIF-8 的多面体描摹，具有微孔 - 介孔复合结构，PbO以球形簇体式均匀千里积于其名义，且存在 α-PbO 和 β-PbO 两种晶相。

图2. 材料SEM图：（a）ZIF-8，（b）ZNC，（c）ZNC和（d）PbO@ZNCacid.

图3. (a)材料的XRD图，(b)材料的拉曼谱

·劣势特质：Raman谱透露材料 ID/IG比值均大于1，具有高劣势密度，为 PbSO₄结晶提供丰富成核位点。

·元素与电子结构：材料含 C、N、O、Zn、Pb 元素，N 掺杂变成吡啶N、吡咯N和石墨N（增强导电性与赝电容），Zn以ZnO体式存在，Pb 以Pb-O键勾通变成PbO。

图4.（a）材料的XPS谱，（b）C1s谱，（C）N1s谱

·孔结构特质：ZNCacid经硝酸蚀刻后比名义积（727.50 m²・g⁻¹）和孔体积权臣提高，负载PbO后虽比名义积下跌（364.27 m²・g⁻¹），但介孔比例最高（53.85%），利于电解液扩散与离子传输。

图5.（a）N2吸-脱附等温线，（b）孔径鉴别

2. 电化学性能与电板性能测试

通过三电极体系电化学测试和全电板性能测试，考证添加剂的作用效果：

·阻难析氢：LSV和EIS测试标明，PbO@ZNCacid的析氢电流密度（-2.4 V 时为107.1 mA・cm⁻²）权臣低于ZNC和ZNCacid，电荷出动电阻（2.111 Ω・cm²）最大，析氢响应被有用阻难。

图6.（a）LSV弧线，（b）EIS弧线，（c）ZNC的CV弧线，（d）ZNCacid的CV弧线（e）PbO@ZNCacid的CV弧线，（f）0V下电流密度与扫描速度的酌量图，（g）不同负极板LSV弧线，（h）不同正极板EIS谱，（i）不同负极板CV弧线

·氧化复原可逆性：CV测试透露，含PbO@ZNCacid的电极氧化复原峰面积最大，|IR|/|IO |比值达0.69（空缺电板为 0.54），Pb/PbSO₄转化可逆性最优，不行逆硫酸盐化得到缓解。

·电板容量与轮回寿命：0.1C下，含PbO@ZNCacid的电板比容量达153.6 mAh・g⁻¹，较空缺电板（110.7 mAh・g⁻¹）提高38.74%；

图7. 电板（a）化成弧线，（b）运转放电比容量，（c）不同电流密度下的放电容量，（d）1C电流率下HRPSoC轮回寿命

HRPSoC工况下，轮回寿命达33729次，是空缺电板（5937次）的5.68倍，且优于文件报谈的其它添加剂。

3. 作用机制分析

PbO@ZNCacid通过协同效应提高电板性能：

·ZNCacid的微孔 - 介孔结构促进电解液渗入与离子传输，N掺杂优化电子结构、增强导电性，Zn的高析氢过电位阻难H⁺复原。

·负载的PbO一方面占据碳材料名义析氢活性位点、提高析氢过电位，进一步阻难HER；另一方面看成Pb/PbSO₄转化的成核位点，促进小尺寸PbSO₄晶体变成，幸免不行逆大颗粒团员，提高响应可逆性。

图8.（a）和（b）HRPSoC轮回前后负极XRD谱，HRPSoC轮回查验后负极SEM图（c）空缺，（d）ZNC，（e）ZNC和（f）PbO@ZNCacid

图9. PbO@ZNCacid在铅碳电板负极中的作用机理暗意图

告捷合成N、Zn共掺杂且负载PbO的MOF繁衍碳基复合材料 PbO@ZNCacid，将其看成铅碳电板负极添加剂，可有用阻难析氢响应和不行逆硫酸盐化，权臣提高电板的比容量与轮回寿命，为铅碳复合材料在高性能铅碳电板中的运用提供了垂危参考。

1.PbO@ZNCacid能权臣阻难HER：通过N、Zn掺杂与PbO负载的协同作用，提高析氢过电位和电荷出动电阻，减少电解液失水；

2.有用缓解不行逆硫酸盐化：PbO提供的成核位点促进小尺寸PbSO₄生成，ZNCacid的孔结构加快Pb/PbSO₄转化，提高氧化复原可逆性；

3.电板性能大幅提高：添加该添加剂的铅碳电板在0.1C下运转比容量达153.6 mAh/g（空缺电板110.7 mAh/g，提高38.74%），HPRSoC工况下轮回寿命达33729 次（空缺电板5937次，提高5.68倍），且倍直快能最优。

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