ウルトラバッテリー
T. Sadhasivam, Mi-Jung Park, Jin-Yong Shim, Jae-Eun Jin, Sang-Chai Kim, Mahaveer D. Kurkuri, Sung-Hee Roh, Ho-Young Jung (2019). “High charge acceptance through interface reaction on carbon coated negative electrode for advanced lead-carbon battery system”. Electrochimica Acta 295: 367–375. doi:10.1016/j.electacta.2018.10.149.
ウルトラバッテリーは負極に、電気化学反応(酸化還元反応)を担う鉛と電気二重層キャパシタ(ウルトラキャパシタ)として機能し得る多孔質性炭素(活性炭)を組み合わせる。CSIROによる2004年の特許は独立した鉛負電極と炭素負電極が並列に接続された構成(右図)であり、過去の論文や広報資料等ではそのような図が示されていることが多かった。しかしながら、鉛電極と炭素キャパシタ電極を並列に接続しても、これらの電極間の作動電位の差によって、炭素キャパシタ電極は放電時にはほとんど寄与せず、充電時には水の電気分解によって水素を発生させてしまう。実際に古河電池によって商品化されたウルトラバッテリーは負極活物質の両面を炭素(カーボン)材料(高導電性炭素材料と高比表面積炭素材料〈活性炭〉)から成る薄層で被覆した構造をしている。
負極活物質へのカーボンの添加は硫酸鉛表面に導電パスを形成することによってサルフェーションを抑制するため一般的に行われる。ウルトラバッテリーではさらに負極活物質をカーボン層で挟んでいる。2015年の研究では活性炭は電気二重層容量をほとんど示さず、活性炭表面での還元反応 Pb 2 + + 2 e − ⟶ Pb {\displaystyle {\ce {Pb^2+ + 2e- -> Pb}}} (鉛の電着)が寄与していることが示されている。また、活性炭に吸着された Pb 2 + {\displaystyle {\ce {Pb^2+}}} イオンが充電時に負極への鉛イオン供給源となることで充電受け入れ性能が向上する(通常はこの鉛イオンの供給が律速過程となり充電受け入れ性能が低下する)、と考察されている。