案例分享 | 低温电源技术突破：泽攸ZEM系列台式扫描电镜助力铅酸储备电池实现毫秒级激活

低温环境下的技术挑战

    储备电源的核心优势在于激活前电解液与电池单元分离，可实现长达20年的储存且无自放电。但当温度低至–50°C时，铅酸系统的电化学过程显著变慢，激活时间难以缩短至100毫秒以内。尽管通过优化电解液流动阻力，在–32°C下可实现29-45毫秒的激活时间，但在更低温度下进一步突破却困难重重。这导致许多应用不得不转向成本更高的锂硫酰氯系统。

研究突破：微观结构重塑性能

    研究团队利用泽攸科技ZEM台式扫描电镜，对电极材料进行深入微观分析，探索了两种创新路径。

    锌替代铅的尝试与挑战  团队首先尝试用锌替代传统铅阳极。虽然锌在低温下显著提高了放电电压，却导致放电特性不稳定，影响电源可靠性。上图清晰展示了不同材料体系在极端温度下的性能差异。

    纳米孔隙结构的关键作用  研究重点转向优化二氧化铅阴极材料的纳米孔隙结构。通过精确控制电极制备条件，团队成功调控了PbO?涂层的微观结构。

图 根据不同制备方案得到的PbO?涂层表面的扫描电镜图像：1（a）、2（b）和3（c、d、e）

    扫描电镜图像清晰揭示了不同制备方案下PbO?涂层的表面形貌差异，为优化工艺提供了直观依据。

创新设计：双层结构平衡性能

    研究团队开发了独特的双层结构设计，将致密PbO?内层与多孔外层相结合，既确保高放电容量，又实现快速激活。

图 二氧化铅（PbO?）阴极的双层结构模型

    这种设计在实验中表现出色，基于Pb–HClO?–PbO?体系的电源在–50°C下仍能保持稳定放电。

实际应用验证

    团队制造了体积仅0.02毫升的微电池试验批次。测试结果表明，优化后的储备电源在–50°C环境下实现了短于30毫秒的激活时间，且放电电压稳定，性能远超预期。这一突破使得铅酸系统重新成为低温储备电源的可行选择，为相关领域带来了更具成本效益的解决方案。

技术前景与挑战

    尽管成果显著，研究团队指出仍需解决长期稳定性等问题。目前正在进行的加速寿命测试初步表明，优化后的PbO?涂层在储存后仍能保持良好的性能。泽攸科技ZEM系列台式扫描电镜在这一研究中发挥了关键作用，其高成像速度和多样的信号探测能力，为电极材料微观结构分析提供了强大支持。这项研究不仅推动了铅酸电池技术的发展，更为极端环境下的电源解决方案开辟了新途径。随着进一步优化，这一技术有望在更多关键领域实现应用突破。

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