Regular Article

Mechanism of action of tin on the semi-conductive properties of PbO layer in lead acid battery

Mécanisme d’action de l’étain sur les propriétés semi-conductrices de la couche de corrosion de PbO dans les batteries au plomb

¹ Department of Physics, University Mira Abderahman, Bejaia, Algeria
² Inorganic Materials Laboratory, Department of Chemistry, Faculty of Sciences, Mohamed Boudiaf University, M’sila, Algeria
³ Engineering Faculty of Technology, Ferhat Abbas-Setif 1 University, Setif, Algeria
⁴ Department of Physics, Faculty of Sciences, Mohamed Boudiaf University, M’sila, Algeria

^* e-mail: dilmi2826@gmail.com

Received: 21 March 2020
Accepted: 5 July 2021

Abstract

Although antimony in alloys for lead-acid batteries has better mechanical and electrochemical performance, it reduces the excessive potential for hydrogen evolution, resulting in excessive water loss and self-discharge of the battery. This paper aims to examine the action of tin in PbSn using different techniques. In this work, the addition of tin in PbCa was intended to suppress the premature capacity loss (PCL) caused by the substitution of antimony in the PbSb alloy by calcium that has good mechanical properties and a high hydrogen evolution potential (200 mV higher than that of antimony). This substitution induces the formation of a passive film composed mainly of α-PbO. The mechanism of action of tin on the anodic film obtained at 700 mV vs. Hg/Hg₂SO₄/K₂SO₄ saturated electrode with Pb – (0–5) wt.% Sn in 0.5 mol/L sulfuric acid solution at 25 °C was studied using electrochemical impedance spectroscopy (EIS), AC voltammetry, Mott–Schottky plots and X-ray diffraction (XRD) of the film obtained. It was found that tin stops the growth of the anodic film due to the co-precipitation of certain conductive oxides which reduce the thickness of the passive film and increase its conductivity. A mechanism of action of tin on the electrochemical behavior of the anodic film was suggested based on the results.

Résumé

Bien que l’antimoine dans les alliages pour batteries au plomb ait de meilleures performances mécaniques et électrochimiques, il réduit le potentiel excessif de dégagement d’hydrogène, entraînant une perte d’eau excessive et une autodécharge de la batterie. Ce papier vise à examiner l’effet de l’étain dans l’alliage PbSn en utilisant différentes techniques. Dans ce travail, l’ajout d’étain dans PbCa avait pour but de supprimer la perte prématurée de capacité (PCL) causée par la substitution de l’antimoine dans l’alliage PbSb par le calcium qui a de bonnes propriétés mécaniques et un potentiel de dégagement d’hydrogène élevé (200 mV supérieur à celui d’antimoine). Cette substitution induit la formation d’un film passif composé principalement de α-PbO. Le mécanisme d’action de l’étain sur les propriétés semiconductrices du couche anodique obtenue à 700 mV vs. Hg/Hg₂SO₄/K₂SO₄ électrode saturée avec Pb – (0–5) wt.% en poids Sn dans une solution d’acide sulfurique 0,5 mol/L à 25 °C a été étudié en utilisant la spectroscopie d’impédance électrochimique (EIS), voltampérométrie AC, tracés de Mott–Schottky et diffraction des rayons X (DRX). Il a été constaté que l’étain inhibe la croissance du film anodique en raison de la co-précipitation de certains oxydes conducteurs qui réduisent l’épaisseur du film passif et augmentent sa conductivité. Un mécanisme d’action de l’étain sur le comportement électrochimique du film anodique a été suggéré sur la base des résultats.