膠體電解液組成及作用

蓄電池的膠體電解液的主要成分為凝膠劑、硫酸和有機(jī)添加劑，組成電解液的凝膠劑通過(guò)其表面的羥基形成氫鍵，在體系中形成空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，將硫酸和水包裹在其中，因此膠體電解液在靜止不動(dòng)時(shí)呈固體狀。當(dāng)受到一定的剪切力時(shí)，其三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)迅速解體，膠體電解液呈水溶液狀。而剪切力停止時(shí)，膠體電解液又會(huì)恢復(fù)到原先的空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。這種觸變性賦予了膠體鉛酸蓄電池便于運(yùn)輸和不易漏液等優(yōu)點(diǎn)。

1、凝膠劑的種類(lèi)

（1）硅溶膠

硅溶膠是一種乳白色的透明膠體溶液，膠體顆粒近于球狀，粒徑一般為5~100nm，表面積為50~400m2/g，可表示成mSiO2nHO，SiO，含量一般為10%~35%。

采用硅溶膠的膠體鉛酸蓄電池在充/放電特別是深放電電時(shí)電解液進(jìn)行著膠體和水溶液狀態(tài)之間的切換，膠體電解液容易產(chǎn)生水化分層現(xiàn)象，但它卻有著重要優(yōu)勢(shì)：①制備、儲(chǔ)存和灌注簡(jiǎn)單（粘性低，液體硅溶膠）；②無(wú)液體與凝膠分離；③凝膠強(qiáng)度最佳；④凝膠時(shí)間容易控制；⑤對(duì)環(huán)境污染少；⑥制備工藝容易控制；⑦生產(chǎn)成本低。

（2）氣相二氧化硅

氣相二氧化硅非常純凈（SiO2含量不小于99.8%），凝膠力強(qiáng)，表面活性高，制得的膠體鉛酸蓄電池性能優(yōu)良，無(wú)論在充電狀態(tài)還是放電狀態(tài)，無(wú)論硫酸濃度高低，電解液一直保持良好的膠體狀態(tài)。困難在于氣相二氧化硅價(jià)格高，國(guó)內(nèi)品種少，來(lái)源困難。用它配制的膠體電解液粘度很高，用常規(guī)方法無(wú)法灌注電池，需用復(fù)雜的灌裝和凝膠工藝制取膠體蓄電池。如果沒(méi)有特殊的粘度調(diào)節(jié)劑、膠體穩(wěn)定劑及其他添加劑，是很難控制其性能與質(zhì)量。而且氣相二氧化硅含有過(guò)量對(duì)鉛酸蓄電池壽命有害的雜質(zhì)，如果氣相二氧化硅是通過(guò)SiCL4的燃燒產(chǎn)生的，那么氯離子有損于鉛酸蓄電池的性能，而且容易污染工作場(chǎng)所。

（3）有機(jī)高分子改性SiO2

這類(lèi)膠體蓄電池低溫特性好、自放電小、壽命長(zhǎng)、具有突出的電恢復(fù)能力，而且其大電流放電性能好，高倍率放電容量比一般鉛酸蓄電池大30%以上。

2、硫酸的體積分?jǐn)?shù)

硫酸是參與膠體鉛酸蓄電池成流反應(yīng)的活性物質(zhì)，因此在一定范圍內(nèi)提高硫酸含量能延長(zhǎng)膠體鉛酸蓄電池的放電時(shí)間。研究表明硫酸含量的變化對(duì)膠體性能及蓄電池性能都有很大的影響。

3、電解液添加劑

（1）無(wú)機(jī)添加劑

常用的無(wú)機(jī)添加劑有硫酸鹽、磷酸及硼酸等等。在電解液中添加硫酸鎂、硫酸鋁、硫酸鉆等，因?yàn)樗鼈兪桥湮粨诫s劑，可與很多金屬離子（包括Pb2）形成配位化合物。Pb²⁺和電解液中添加的硫酸鹽在極板的硫酸鉛上形成的配位化合物在酸性介質(zhì)中是不穩(wěn)定的，因此并不是好的選擇。

（2）有機(jī)添加劑

有機(jī)添加劑不僅可以改變膠體電解液的性質(zhì)，也能改善電池的性能。因?yàn)橛袡C(jī)添加劑分子中存在N、O、Al等原子，它們能夠提供共用電子對(duì)，與硅鍵合形成配位鍵，改變了聚合物的球形空間結(jié)構(gòu)，形成類(lèi)似體型為高分子化合物的空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)能更好的包裹“自由水”，減小水的擴(kuò)散速度，降低自放電率。