Strontium‐Enriched Barite for Enhanced PbSO 4 Nucleation in Lead‐Acid Batteries

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作者
Colin Campbell,Ajay Karakoti,Shannon Lee,Carinna L Lapson,David Reed,Benjamin A. Legg,Vijayakumar Murugesan
出处
期刊:Small [Wiley]
卷期号:21 (13): e2409902-e2409902 被引量:3
标识
DOI:10.1002/smll.202409902
摘要

Abstract Barite (BaSO 4 ) crystals are an important additive in lead acid batteries due to their ability to promote the controlled nucleation and growth of anglesite (PbSO 4 ) during battery cycling. This is due to BaSO 4 ’s isostructural match with PbSO 4 , which facilitates epitaxial nucleation. However, BaSO 4 ’s efficacy as a nucleation promoter is limited by lattice mismatches between the two phases of 1–5%. Here, strontium‐enriched barite, (Ba,Sr)SO 4 , is synthesized to produce a nucleating promoter that displays an improved lattice match with PbSO 4 . Nucleation of PbSO 4 from Pb‐rich sulfuric acid solutions on strontium‐free and strontium‐enriched barite (up to 17 mol% Sr) is investigated using in‐situ atomic force microscopy and optical microscopy. At low strontium concentrations, PbSO 4 forms by the Stranski–Krastanov growth pathway (monolayer + island formation), with most nucleation occurring on edges and surface defects. At higher concentrations, the layer‐by‐layer growth mechanism known as Frank van‐der‐Merwe growth is observed, which allows for facile growth of continuous PbSO 4 films across the BaSO 4 surface. These films are successfully re‐dissolved on exposure to Pb‐free sulfuric acid. The results show that strontium incorporation fundamentally alters the mechanism of PbSO 4 nucleation on BaSO 4 , and thus provides a potential avenue for creating improved nucleation promoters in lead‐acid batteries.
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