胶体蓄电池简介

胶体蓄电池工作原理

凝胶剂气相二氧化硅在胶体电池中工作原理

电池的工作原理

胶体蓄电池简介

胶体铅酸蓄电池是对液态电解质的普通铅酸蓄电池的改进，用胶体电解液代换了硫酸电解液，在安全性、蓄电量、放电性能和使用寿命等方面较普通电池有所改善。胶体铅酸蓄电池采用凝胶状电解质，内部无游离液体存在，在同等体积下电解质容量大，热容量大，热消散能力强，能避免一般蓄电池易产生热失控现象；电解质浓度低，对极板的腐蚀作用弱；浓度均匀，不存在电解液分层现象。

胶体蓄电池工作原理

胶体铅酸蓄电池的性能优于阀控密封铅酸蓄电池，胶体铅酸蓄电池具有使用性能稳定，可靠性高，使用寿命长，对环境温度的适应能力（高、低温）强，承受长时间放电能力、循环放电能力、深度放电及大电流放电能力强，有过充电及过放电自我保护等优点。

目前用于电动自行车的国产胶体铅酸蓄电池是在AGM隔板中通过真空灌注，把硅胶和硫酸溶液灌到蓄电池正、负极板之间。胶体铅酸蓄电池在使用初期无法进行氧循环，这是因为胶体把正、负极板都包围起来了，正极板上面产生的氧气无法扩散到负极板，无法实现与负极板上的活性物质铅还原，只能由排气阀排出，与富液式蓄电池一致。

胶体铅酸蓄电池使用一段时间后胶体开始干裂和收缩，产生裂缝，氧气通过裂缝直接到负极板进行氧循环。排气阀就不再经常开启，胶体铅酸蓄电池接近于密封工作，失水很少。所以针对电动自行车蓄电池主要失效是失水机理，采用胶体铅酸蓄电池可获得非常好的效果。胶体电解质是通过在电解液中加入凝胶剂将硫酸电解液凝固成胶状物质，通常胶体电解液中还加有胶体稳定剂和增容剂，有些胶体配方中还加有延缓胶体凝固和延缓剂，以便于胶体加注。

凝胶剂气相二氧化硅在胶体电池中工作原理

胶体蓄电池凝胶剂为气相二氧化硅，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。

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%。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。 国内目前基本采用比表面积为200的气硅为主，现有德国瓦克的N20和德固赛A200，其中德国瓦克在中国张家港也建立了工厂，二期也在2011年投产了，产品性能稳定价格适宜，也可成为不错的供应商之选。胶体蓄电池优异特性

1、可以明显延长蓄电池的使用寿命。根据有关文献，可以延长蓄电池寿命2-3倍。

2、胶体铅酸蓄电池的自放电性能得到明显改善，在同样的硫酸纯度和水质情况下，蓄电池的存放时间可以延长2倍以上。

3、胶体铅酸蓄电池在严重缺电的情况下，抗硫化性能很明显。

4、胶体铅酸蓄电池在严重放电情况下的恢复能力强。

5、胶体铅酸蓄电池抗过充能力强，通过对两只铅酸蓄电池（一只胶体铅酸蓄电池，一只阀控密封铅酸蓄电池）同样反复进行数次过充电试验，胶体铅酸蓄电池容量下降得较慢，而阀控密封铅酸蓄电池因为耗水过快，其容量下降显著。

6、胶体铅酸蓄电池后期放电性能得到明显改善。

电池的工作原理

不论是采用玻璃纤维隔膜的阀控式密封铅蓄电池(以下简称AGM密封铅蓄电池)还是采用胶体电解液的阀控式密封铅蓄电池(以下简称胶体密封铅蓄电池)，它们都是利用阴极吸收原理使电池得以密封的。

电池充电时，正极会析出氧气，负极会析出氢气。正极析氧是在正极充电量达到70%时就开始了。

析出的氧到达负极，跟负极起下述反应，达到阴极吸收的目的。

2Pb十O2=2PbO

2PbO十2H2SO4：2PbS04+2H20

负极析氢则要在充电到90%时开始，再加上氧在负极上的还原作用及负极本身氢过电位的提高，从而避免了大量析氢反应。

对AGM密封铅蓄电池而言，AGM隔膜中虽然保持了电池的大部分电解液，但必须使10%的隔膜孔隙中不进入电解液。正极生成的氧就是通过这部分孔隙到达负极而被负极吸收的。

胶体电解液的主要成份为一种粒径近乎于纳米级的功能化合物，流变性较好，容易实施对铅蓄电池的配液灌装。胶体电解液进入蓄电池内部或充电若干小时后，会逐渐发生胶凝，使液态电解质转态为胶状物，胶体中添加有多种表面活性剂，有助于灌装蓄电池前抗胶凝，而且有助于灌装蓄电池后防止极板硫酸盐化，减小对板栅的腐蚀，提高极板活性物质的反应利用率。