胶体蓄电池及其电解质中的气相二氧化硅
胶体蓄电池及其电解质中的气相二氧化硅
在备 用 电源 的阀控 电池 领域 ，胶 体 电池 的产 品
设 计思路 已经 自成 体 系 。Ａ Ｍ 电池 的 “ 心技 术 ” Ｇ 核 是玻 纤 隔膜 ，电池 的性 能在 很大 程度 上取决 于它 的
国电池 ． Ｋ．Ｓ ．Ｂ． ）和 中 国江 苏双 登． 富思 特都 投 入 巨资 研 发 胶 体 电 池 ，历 经 数 载 ，取 得 了突 破 性 进
展。
持续 到 ９ ｏ年代 中期 ，几 乎 惊 动 了 各 级政 府 和舆 论 界 。中 国人大 环保 委上 层领 导在 沈 阳开会 期 问还特 意 向笔者 作 了全 面 了解 。为此 ，中国 电工技 术学会 铅酸 蓄 电池 专 委 会 分 别 在 １９ ９５年 南 昌会 议 和 １９ ９７
（ ａ ｋｒ ，ＦＡ Ｈ ｗ ｅ） ＩＭＭ，美 国 的 Ｅ ｔｐｎ ，Ｃ Ｄ，Ｔｏ ｓ ａ ｅｎ ＆ ｒ．
对 “ 胶体 ”进 行 了风起 云 涌般地 炒 作 。当 时大有 全
方位 取消 铅酸 电池 从 此用 硅溶 胶 电池 取 而代 之的 大 革命 之势 ，一 时 问鱼 目混珠 ，泥沙俱 下 。此风 一 直
胶体蓄电池及其 电解质 中的气相二 氧化硅
交流 与探讨
胶 体 蓄 电池及 其 电解 质 中 的气 相 二 氧化 硅
王 景 川
（ 苏富思特 电源有 限公 司 ，江苏 泰 州 ２ ５２ ） 江 ２ ５ ６
摘要 ：综述 了胶 体 电池 的发展 过程 和 市场趋 势及 其在控 制 “ 副反应 ”方 面 的优 势 ，着重指 出了气
气相二氧化硅的分散对胶体电解质电化学行为的影响
Ｅｆｅ ｔ ｆ ｄ ｓ ｒ ｉ ｎ ｆ ｆ ｆ ｃ ｓ ｏ ｉｐｅ ｓ ｏ ｏ ｕｍ ｅ ｓｌｃ ｎ ｔ ｌ ｃ ｒ ｃ ｍ ｉ ａ ｈ ｖ ｏ ｄ ｉｉ ａ ｏ ｈｅ ｅ ｅ ｔ ｏ ｈｅ ｃ ｌｂｅ ａ ｉ ｒ ｏ ｅｌｄ ｅｅ ｔ ｏ ｙ ｅ ｆｇ ｌｅ ｌ ｃ ｒ ｌ ｔ Ｃ Ｅ ｉ ｉｎ Ｈ ｏ ｇ，Ｌ ｉｕ，Ｄ Ａ ｉｎ ｉ ￣ Ｈ Ｎ Ｍｅ ｑｏ ｇ — ，Ｓ Ｕ Ｄ ｎ Ｉ － Ｕ Ｎ Ｘ ａ －ａ ，ＷＡ Ｇ Ｙ ｅｌ ２ Ｉ ｉ Ａｊ ｊｎ Ｎ ｕ— ｎ，ＬＵ Ｌ ｉ ，
维普资讯
气 相二氧化硅的 分散对胶体电 皇 堂堑 墨堕 至
交流与 探讨
气相二氧化硅 的分散对胶体 电解质 电 化学行为的影 响
陈妹 琼 － 东 －李爱 菊 －段 先键 王跃林 刘莉 ， ， 舒 ， ， ， ， 谭新 宇 。袁镇 ３彭彬 ３陈红雨 ， （．华南师 范 大学化 学与环境 学 院 ， 州 ５ ００ ；２ 州吉必 时科 技 实业有 限公 司， 州 ５ ０ １ ； １ 广 １０ ６ ．广 广 １５０ ３ 佛 山光 明 电池有 限公 司 ， 山 ５８０ ） ． 佛 ２００ 摘要： 用显微 镜观 察 了气相 ＳＯ 粉 末 的形 态 ， ｉ 用循 环伏 安对德 国进 口的 气相 Ｓ０ 在配胶过 程 中机 ｉ２ 械 分散 和超 声波 分散 对胶 体 电解 液 电化 学行 为的影 响进行 了研 究。 发现 气相 ｓ ｉ 的适度 分散是 影 Ｏ
ห้องสมุดไป่ตู้
化学小知识之气相二氧化硅增稠触变性的应用
化学小知识之气相二氧化硅增稠触变性的应用
气相二氧化硅的增稠触变性在许多领域能得到应用。
有些领域还是必不可少的添加剂，因为气相二氧化硅除了提供增稠触变性能外，还具有一系列独特的功能。
气相二氧化硅作为食品添加剂，如在一些饮料粉、蛋白粉和香料粉中，气相二氧化硅除了能使这些产品在食用时起到增稠的效果，改善口感，更是能使得这些产品在储存过程中，防止结块，提高流动性。
结块的奶粉，气硅可以起到抗结块的作用
在化妆品领域，气相二氧化硅主要起到调节体系增稠触变性，使得如面霜等产品，具有较好的触变性，同时还可起到反射紫外线的功能；在指甲油中，还可以起到防沉降的功能。
化妆品
胶体电池领域，通过高速搅拌，把气相二氧化硅分散到电解液中，气相二氧化硅优异的增稠触变性，可以使得电解液在初期粘度很低，流动性很好，便于灌胶；而灌胶完静置一段时间，则变成胶体状电解质，避免电池漏液，改善电池的充放电性能及电池寿命等一系列性能。
气相法白炭黑专业生产厂家，宜昌汇富硅材料。
气相二氧化硅已成为胶体蓄电池必不可少的添加剂。
胶体电池
在不饱和树脂领域，加入少量的气相二氧化硅能够赋予树脂极佳的透明度和优异的物理性能，提升下游产品的质量。
在胶衣树脂中，气相二氧化硅的添加能提高其触变性，使树脂具有良好的拉伸强度、抗弯曲性能及耐水、耐热等性能，从而延长使用寿命；在触变树脂中，气相二氧化硅的添加可赋予其优异的触变性能，减少使用过程中的流淌和滴落；在原子灰中，气相二氧化硅可用作防沉剂，具有优异的防沉效果和极佳的触变性能。
正是因为气相二氧化硅的这种神奇性能，使得它成为人们生产、生活中广泛使用的一种添加制剂，为我们的生活带来更加优质的体验！。
硅溶胶与气相二氧化硅配制胶体电解质的研究
法 。中和 法 是 ５ Ｏ～６ ０年 代 采 用 的 简 单 传 统 方法 ，
由中和法制备的胶体蓄 电池容量低 、寿命短 ， 已 早
经被 停 用 。近 几 年 最 流行 的胶 体 均 采 用 离 子 交 换 法 ；关键 在于控 制 铁 离 子 、氯离 子 及 氧化 钠 含 量 。 离 子交 换法 以工业 永玻 璃为 原料 。经过稀 释后 通过 阴阳 离 子 交 换 柱 ，再 加 热 浓 缩 ， 即 得 到 密 度 为
摘要 ：对胶 体 电解质 的制备 方 法进行 了介 绍 ，分 析 了硅 溶胶 与 气相 二 氧化 硅 各 自的特性 及 工艺 ， 讨论 了胶 体 稳 定剂夏其 他 添加 剂的作 用 ，初 步 比较 了不 同胶 体 电解质 的放 电结果 ，提 出了采 用 气
相＝ 氧化硅 代替硅 溶胶 的 工 艺方向 。
Ａｂ Ｗａ ｔ Ｔｈｓ ａ ｅ ｎ ｒｄ ｃ ｓ ｈ ｔｏ ｆ ｐ ｅ ａ ａ ｏ ｆｒ ｅｌｄ ｌｃｒｌｔ ｓ ｃ： ｉ ｐ ｐ ｒ ｉ ｔ ｕ ｅ ｔｅ ｍｅｈ ｄ ｏ ｒｐ ｒ ｔ ｎ ｏ ｇ ｌ ｅｅ ｔｏｙｅ． Ｔ ｅ ｈ ｒ ｃｅ ｉｔ ｎｄ ｏ ｉ ｅ ｈ ｃ ａａ ｔｒｓ ｃ ａ ｉ
Ｋｅ ｒｓｏ ｓ ｇ ｌ － ｌｃｒ ｌｔ ａ ｔｒ ； ｇ ｌ ｄ ｅｅ ｔｏｙｅ； ｓｌｃ ｓ ； ｇ ｓ ｓｌ ａ ￣ｔ ： ｅｌ ｅｅ ｔ ｙ ｅｂ ｔｅ ． ｄ ｅ ｏ ， ｅｌ ｌｃｒｌ ｔ ｅ ｉ ａｄ ｉ ａ ｉｃ ｉ
ｐ ｓｄ ０ｅ 、
中国从 ５ ０～６ ０年代 就 断断 续 续 地 开 始 了胶 体
维普资讯
硅 溶胶 与 气柏 一 氧 化硅 配 制胶 体 电 解质 的研 究
胶体电池胶体配方资料
胶体电池胶体配方资料气相二氧化硅的分散：气相二氧化硅原生粒径为纳米级，故需要在高速搅拌速度下方能使其原子间氢键打开，水与二氧化硅混合后建议在2000转/分以上分散设备中将其彻底搅拌均匀；（分散时间至少半个小时）建议采用母液法配制胶体（水与二氧化硅的经高速搅拌后的混合体为母液），一般母液中气相二氧化硅含量不低于10%，具体添加量应生产需求而定。
胶体电解液主要添加剂及其含量：1.胶体分散后（即气相二氧化硅与水分散后），可添加万分之一的中性（无极性）聚丙烯酰胺（80万到100万单位的），可进一步提高胶体的触变性和增稠效果；2.在胶体中：相对气相二氧化硅的质量添加2%的NaOH,，对配制时可减少分散的压力并对凝胶带来一些好处；3.相对气相二氧化硅的质量添加1~2%的LiOH，不仅可较少分散的压力，也起到比较好的凝胶效果，同时锂离子可渗透到活性物质内部起到各离子间的传递，还对电池寿命有一些提高。
（附注：若分散彻底且不知如何配比前提下应尽量避免添加任何添加剂）电池其他材料对气相二氧化硅添加量的相互影响：1.使用PVC或PE隔板胶体电池的胶体电解液可以在硫酸溶液中添加6~8%的气相二氧化硅；2.使用AGM隔板的松装配电池可添加4~6%的气相二氧化硅，紧装配电池可添加2~4%的气相二氧化硅；3.所有的胶体灌注都要采用真空灌注，电池效果才会显著，同时也可以在正极铅膏里添加1%的SiO2，在和膏时加入可以提高电池寿命和大电池性能；气相二氧化硅在胶体蓄电池中的作用及其注意事项：在铅酸蓄电池中加入二氧化硅可起到增稠、凝胶的作用，同时可提高电池寿命，降低活性物质软化速度，因此在一般主要添加二氧化硅来提高电池性能，其他添加剂尽量少加，但如果要使凝胶效果等提高，可辅助其他少量添加剂，但应该在未加入硫酸之前添加并分散。
例如：聚丙烯酰胺可大大提高凝胶性能和触变性能，但高分子的PAM在酸中会很快凝聚，不利于操作。
（附注：此配方仅为工程师手写记录，需实验验证后方可用于实际生产操作）。
气相二氧化硅的作用
气相二氧化硅的作用
气相二氧化硅是极其重要的高科技超微细无机新材料之一。
由于其粒径很小，比表面积大，表面吸附力强，表面能大，化学纯度高、分散性能好、热阻、电阻等方面具有特异的性能，以其优越的稳定性、补强性、增稠性、触变性，在众多学科领域内独具特性，有着不可取代的作用。
在化妆品中的应用：气相二氧化硅具有反射紫外线功能，主要作为防尘剂；在面霜中作为增稠、触变剂。
在硅橡胶中的应用：气相二氧化硅可以和硅橡胶大分子形成物理或化学结合，达到补强作用。
在不饱和树脂中的应用：在不饱和树脂中加入少量的气相二氧化硅能够赋予树脂极佳的透明度和优异的物理性能，提升下游产品的质量。
在轮胎中的应用：气相二氧化硅能大幅度提高胶料的物理机械性能，在胎面配方中加入硅可以“润滑”橡胶分子之间的摩擦，有效减少能量损失，也因此降低滚动阻力，从而节省车辆的燃油消耗。
在胶体电池的应用：气相二氧化硅具有增稠、抗结块、控制体系流变和触变等作用。
此外，气相二氧化硅还广泛应用于各行业作为添加剂、催化剂载体，石油化工，脱色剂，消光剂，橡胶补强剂，塑料充填剂，油墨
增稠剂，金属软性磨光剂，绝缘绝热填充剂，高级日用化妆品填料及喷涂材料、医药、环保等各种领域。
气相二氧化硅胶体电解质的研究进展
Ａｄｖ ｎｃ ｓｉ ａ ｅ ｎ Ｆｕｍ ｅ ｉｉ ａ Ｇ ｅ ｏ ｌ ｅ ｒ ｇ ａ ｅ ａ ａ ｉ ｔ ｅ ｉ ｓ ｄ Ｓ ｌｃ ｌ ｒＶａ ｖ － ｅ ｕｌ ｔ ｄ Ｌｅ ｄ－ ｃ ｄ Ｂａ ｔ ｒ ｅ ｆ
ｆ 摘 要】 章介 绍 了阀控 密封 胶 体蓄 电池 用气 楣二 氧化 硅 电解 质的 研究 进展 。分别 从气 相二 氧化 硅 的性 质 ，胶体 电解 质 的配 制工艺 ，气相 二 文 氧 化硅 的粒 径 ，胶体 电解 质 的含 量及 添加 剂等 几 个方 面进 行 了综述 。最 后 指 出了胶 体蓄 电池 的存 在 的主 要问题 及 其发展 前 景 。 【 键词 】 关 胶体 电解 质 ；气相 二 氧化 硅 ；阀控 密 封铅 酸蓄 电池
铅 酸 蓄 电池 从 发 明 至 今 已经 有 一 百五 十 多 年 的 历 史 ， 由 但 于其具有 电池 电动 势高 、 结构 简单、 用温度范围大 以及原料 使 来源丰富、价格性能 比好等特 点 ， 铅酸 蓄电池在 市场 中仍保持 领 先 的地 位 。 统 的铅 酸 蓄 电池 为 开 口式 或 防 酸 隔 爆 式 ， 口 传 开 式的铅酸蓄 电池存在着两个主要 的缺 点 ：首先 ， 电末期水会 充 分解为氢气、 氧气析 出， 因此在 使用过程 中需经常加酸 、 加水 ， 维护工作繁重 ；其次 ， 气体 溢出时携带酸雾 ，酸雾腐蚀周围设 备 ， 污 染 环 境 ， 制 了 电池 的 应 用 。自 ２ 世 纪 ５ 代 起 ， 并 限 Ｊ Ｏ ０年 科学技术 发达 国家 先后解决 了开 口式铅 酸蓄 电池存在 的致命 缺点 ，１５ ９ ７年德国阳光公司首次将凝胶 电解质技 术用于蓄 电 池， 制备成密封铅酸蓄 电池并投 入市场 ， 志着 实用密封铅酸 标 蓄 电池 的 诞 生 ］ 。 阀 控 密 封 铅 酸 蓄 电 池 的密 封 原 理 是 阴 极 吸 收 的 氧 循 环原 理 。电池在充 电时 ，正极 产生的氧气会通 过电解液 中的微缝 Ｊ 传到负极上 ，在负极复合成水 。为了防止在特殊 情况下电池 内 部 由于 气 体 的聚 积 而 增 大 内部 压 力 引起 电池 爆 炸 ，在 电池 的上 盖里 设 置 了一 个 安 全 阀 ， 当 电池 内部 压 力 达 到一 定值 时 ，安 全 阀会 自动开启 ， 释放一定量气体 降低 内压后 ， 又会 自动关 闭 Ｊ 。 根 据 固定 电解 液 的 方 法 不 同 ， 阀控 密 封 铅 酸 蓄 电池可 分 为 贫液 吸 附 式（ ｂｏｐｉｅ ｓｒｅ ｔ ａｓＭａ 简称 ＡＧ ） 密 封 蓄 Ａ ｓｒｔ ／ ｏｂｎ ｓ ｖ Ａｂ Ｇｌ ｔ Ｍ 阀控 电池和胶体（ Ｅ ） Ｇ Ｌ 阀控密封蓄 电池（ 简称胶体 电池）Ｊ 。 胶体 电池 电解质是 由硅溶 胶或二氧化 硅等凝 胶剂 与 一定 浓度的硫酸按一定 比例配制而成 。 这种 电解液 中的硫 酸和水被 裹在 硅凝胶 网络中 ， 静止不动 时呈 固体状 ， 给它一定 的剪 切力 又 能 成 水 溶 液 状 ， 有 很 好 的 触 变 性 。 液 在 凝 胶 过 程 ｒ会 产 具 胶 ｛ Ｉ 生微 裂纹 ， 正极 产生的氧气通过微裂纹进 入负极 ， 负极 复合 在 生 成 水 ，从 而 起 到 免 维 护 的 作 用 。早 期 国 内 的 胶体 电解 液 采 Ｊ 用硅溶胶配制 ， 是硅溶胶的主要用途不在 用来 配制 蓄电池胶 但 体 电解质 ，而是广泛应用于建筑涂料 、精密铸造 、耐火材料、 陶瓷、造纸 、纺织等方面 的粘结剂和 助剂 ，把它应 用于蓄 电池
气相二氧化硅在胶体蓄电池中的应用
前言气相法二氧化硅是一种高纯度白色无味的纳米粉体材料，具有增稠、抗结块、控制体系流变和触变等作用，除传统的应用外，近几年在胶体蓄电池中得到了广泛的应用。
胶体蓄电池是在传统的铅酸蓄电池基础上发展起来的一种新型电池，又称“免维护蓄电池”，具备不污染环境、自放电小、耐震动性能好耐超高温、耐超低温、电池性能稳定等优点。
2 气相法二氧化硅的结构及性能气相法二氧化硅是硅的卤化物在氢氧火焰中高温水解生成的纳米级白色粉末，俗称气相法白碳黑，它是一种无定形二氧化硅产品，原生粒径在7～40nm 之间，聚集体粒径约为200—500纳米，比表面积100～400m2/g，纯度高，SiO2含量不小于99.8%，氯含量低。
表面未处理的气相二氧化硅聚集体是含有多种硅羟基，一是孤立的、未受干扰的自由羟基；二是连生、彼此形成氢键的键合硅羟基。
表面未处理的气相法白炭黑聚集体是含有多个-OH的集合体，它们在液体体系中极易形成均匀的三维网状结构(氢键)。
这种三维网状结构(氢键)有外力(剪切力、电场力等)时会破坏，介质变稀，粘度下降，外力一旦消失，三维结构(氢键)会自行恢复，粘度上升，即这种触变性是可逆的。
气相二氧化硅在胶体蓄电池中主要是利用其优异的增稠触变性能. 胶体电解质由气相二氧化硅和一定浓度的硫酸溶液按一定的比例配置而成，这种电解液中的硫酸和水被“存贮”在硅凝胶网络中，呈“软固态状凝胶”，静止不动时显固态状。
当电池被充电时，由于电解质中的硫酸浓度增加使之“增稠”并伴有裂隙产生，充电后期的“电解水”反应使正极产生的氧气通过这无数的裂隙被负极所吸收，并进一步还原成水，从而实现蓄电池密封循环反应。
放电时电解质中的硫酸浓度降低使之“变稀”，又成为灌注电池前的稀胶状态。
因此，胶体电池具有“免维护” 的作用。
我国过去一直采用硅酸盐类和硅溶胶作为基本原材料配制胶体电解质，以硅酸盐类 (结构式可以表示为A-O•XSiO (A表示金属离子)材料制成的胶体铅酸蓄电池容易水化，胶体结构不稳定，其使用寿命比普通铅酸蓄电池更短，几乎没有使用价值以硅溶胶 (化学结构式为 SiO•XH 0)作为基本原材料配制胶体电解质，它在硫酸溶液中(pH<2)，其内部进行羟联反应形成双硅酸、三硅酸……多硅酸一直聚合下去，粒子可以进一步长大，粒子之间可相互凝结成十分开放而连续的凝聚结构，但是此类胶体为非弹性凝胶有离浆的显著特性，往往按溶胶一凝胶一浓缩凝胶一致密凝胶转化，从而最终失去包含水的作用。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
从20 世纪20 年代美国人开始研究胶体蓄电池, 到1966 年德国阳光公司( Sonennschein) 的Jache and Eberts 将胶体电池的产品设计和胶体的制造工艺付诸工业化生产, 才算基本解决了胶体电池的技术问题, 期间持续了约半个世纪。
中国沈阳蓄电池研究所在50～60 年代立项研究过胶体电池, 到80 年代, 蓄电池行业外的人士对“胶体”进行了风起云涌般地炒作。
当时大有全方位取消铅酸电池从此用硅溶胶电池取而代之的大革命之势, 一时间鱼目混珠, 泥沙俱下。
此风一直持续到90 年代中期, 几乎惊动了各级政府和舆论界。
中国人大环保委上层领导在沈阳开会期间还特意向笔者作了全面了解。
为此, 中国电工技术学会铅酸蓄电池专委会分别在1995 年南昌会议和1997年泉州会议做出了胶体电池的研究方向和近期应用领域的决议。
号召行业内的企业以科学的态度按本决议立项攻坚。
在此之前, 中国的胶体电池的研究几乎走了一条阳光公司成功前的老路。
尽管几位不屈不挠研究者近10 a 取得了阶段性成果, 但其产品也只能在诸如矿灯、电动助力车上勉强使用, 尚登不上诸如电信、电力和UPS 的“大雅之堂”。
70 年代以后, 阳光公司全力发展其Dryfit 胶体电池, 生产工艺逐渐完善、稳定, 产品品种越来越多。
美国Globe Union (现为Johnson Controls) 第一个购买了阳光的技术和生产许可证。
80 年代末到90 年代, 欧洲的Varta , HAGEN , Tudor , Oldham (Hawker) , FIAMM, 美国的Eastpenn , C&D , Trojan ; 亚洲的Global Yuasa (韩国) , 中国沈阳东北蓄电池公司相继自行研发或通过技术合作生产出了国际一流的胶体阀控电池, 实现了胶体电池的工业化生产。
90 年代后期KOREA STORAGE BATTERY (韩国电池-K. S. B. ) 和中国江苏双登富思特都投入巨资研发胶体电池, 历经数载, 取得了突破性进展。
在备用电源的阀控电池领域, 胶体电池的产品设计思路已经自成体系。
AGM 电池的“核心技术”是玻纤隔膜, 电池的性能在很大程度上取决于它的品质和使用设计; 胶体电池的“核心技术”是制胶工艺, 各厂胶体电解质的配方尽管有异, 但满足胶体电池性能技术指标的制胶工艺和工业化生产及与其相适应的产品设计却各有千秋。
通俗点说, 现在的做法是一个比一个聪明! 笔者近几年先后访问了Sonennschein , HAGEN , FIAMM, East penn , Trojan等当代生产胶体电池的主要工厂并同韩国电池(K.S.B. ) 的同行进行过交流, 感悟颇深。
上述厂家的制胶工艺尽管各具特色, 但技术进步, 后来居上已是不可逆转的了, 这就是科学技术发展的规律。
美国的胶体电池主要是用于电信市场的涂膏式极板12 V 系列, 其循环耐久力远优于同类型的欧洲产品, 见图1。
曲线1 是美国East penn 的12 V胶体电池; 曲线2 是其他国家的同类型胶体电池;曲线3 是AGM电池。
美国Trojan 公司年产12 V30～100 Ah 的胶体电池60 000只(2000年) , 预计2005 年将达到36 万只(备用电源和深循环用) , 每年将以15 %的速度增长。
Trojan 开发胶体电池花费了5～6 a 时间, 一方面吸纳先行者的经验, 一方面投资自行研发, 直到1998 年才完成了工业化生产准备。
其胶体电池在美国独树一帜, 政府授于其先导型企业称号。
欧洲的胶体电池以2 V 管式为多, 12 V 涂膏式稍少, 市场分布非常广泛, 12 V 系列甚至于延伸到船舶, 坦克和装甲运兵车(不能不说这是个很了不起的延伸) 。
韩国电信市场使用2 V AGM阀控电池(日本标准J IS C 870721992) 和2 V 管式胶体阀控电池(德国标准DIN 40742) 。
在韩国, 尽管胶体电池的市场售价是AGM 电池的150 % , 但2001 年的电信市场份额胶体电池已经达到40 %。
East penn更是将Gel电池和AGM 阀控电池并称为未来的能源系统(Tomorrows energy systems) 。
上述制造胶体电池的厂家在生产胶体电解质时都无一例外的使用气相SiO2 。
气相SiO2 , 俗名“白炭黑”, 有亲水型和疏水型之分, 胶体电解质只能用前者。
气相SiO2 , 是德国Degussa 公司于1940 年发明的, 称爱罗沙(Aerosil) 。
气相SiO2 是由SiCl4在高温下汽化并通过H2 和O2 的燃烧水解而成。
SiCl4 + 2H2 + O2 = SiO2 + 4HCl
爱罗沙(Aerosil) 是无定型的白色超细颗粒。
其原生粒子的结构形式为Si-O-Si , 呈球形。
其表面羟基[ - OH] 相互作用形成链状的次生粒子, 如图2 所示。
次生粒子由于彼此相互粘附聚结而成疏散状态, 这就是制胶使用的气相SiO2 商品。
气相SiO2 的活性表现在它的“增稠”和“触变”性。
能变稠的原因是粒子间的硅醇基与氢键结合变成三维结构聚合体使介质粘度增加。
反之, 当有外力(剪切力, 电场力等) 时, 三维结构就被破坏, 介质变稀。
外力一消失, 三维结构会慢慢恢复。
这就是介质的触变性, 而且是可逆的。
胶体电解质恰恰需要这种“活性”。
这种“活性”在蓄电池中的直观表现为, 电池被充电时, 由于电解质中的硫酸浓度增加使之“增稠”并伴有裂隙产生。
充电后期的“电解水”反应使正极先产生的氧就是通过这无数的裂隙被负极所吸收, 并进一步还原成水, 从而完成了氧的循环。
放电时, 电解质中的硫酸浓度降低使之“变稀”, 又成为灌注电池前的稀胶状态(王老先生这句话误导了不少人呀！！)。
作为备用电源的电池, 其健康一生的90 % (甚至于还多!) 都是处于充电状态。
由于伴随着正反应的进行要发生副反应, 而阀控电池(无论是AGM还是胶体电池) 的精髓就是在技术上解决了对副反应的控制(开口的淹没式电池无法控制副反应) 。
在蓄电池健康一生的运行中, 由于胶体电解质的结构和组成决定了它无电解液分层现象, 失水极少。
因此, AGM 和胶体电池在控制副反应这一阀控电池核心技术方面, 胶体电池技术比AGM电池技术要成熟和优越得多。
这也是胶体电池的优势之一。
气相SiO2 的“活性”与其粒径有关。
颗粒越细, 比表面积越大, 活性也越强。
也就是说, 颗粒越细, 稠度就越大和触变性也越高, 同时介质也越难以分散。
气相SiO2 的分级多按比表积的大小确定。
粒径一定要选择得合理。
粒度分布范围也是影响电解质质量的重要因素, 图3 是评价气相SiO2 粒度分布示意图。
图3 是原生粒子的分布曲线, 由Degussa 的日本生产厂提供给用户的, 其粒径以nm (毫微米) 计, 我们使用的产品已经是次生粒子的聚结疏散体, 以微米计。
粒度分布的测定非常复杂, 德国DIN 53580 的筛网残留量法很符合工厂使用, 简单实用, 结果可信。
几年前, 国内的上海硅酸盐所还能做一个仅供参考的粒度分布曲线。
现在由于设备问题已不能做了。
适合胶体电池电解质的气相SiO2 除应具有分布均匀的合理粒度外, 其SiO2的含量应大于99.8 %; 杂质Fe2O3的含量小于1.0 ×10- 5 ; HCl 的含量小于5.0 ×10 - 6 ; Al2O3的含量小于1.0×10- 4 ;堆积密度(Tamped Density) = 50 g/ L ; 经压实后的密度大约为120 g/ L 。
这个参数也会影响胶体的质量。
做为备用电源用的胶体阀控电池实现工业化生产已经有30 多年的历史。
伴随着这一产品的工艺成熟和稳定, 欧美厂家又相继开发出了用于深循环、起动用的胶体阀控电池, 这是
铅蓄电池技术的重大进步。
其待开发的领域正在向广度和深度发展。
我们相信, 只要我们以严谨的科学态度, 结合自己多年的实践并广泛吸收欧美同类产品的优点,沿着正确的研究方向, 开发出具有中国自主知识产权的胶体阀控电池已不存在技术障碍。
胶体电池必将以其独有的优势使其应用范围越来越广。