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胶体电解液组成及作用

蓄电池的胶体电解液的主要成分为凝胶剂、硫酸和有机添加剂,组成电解液的凝胶剂通过其表面的羟基形成氢键,在体系中形成空间网状结构,将硫酸和水包裹在其中,因此胶体电解液在静止不动时呈固体状。当受到一定的剪切力时,其三维网状结构迅速解体,胶体电解液呈水溶液状。而剪切力停止时,胶体电解液又会恢复到原先的空间网状结构。这种触变性赋予了胶体铅酸蓄电池便于运输和不易漏液等优点。

胶体蓄电池结构图

1、凝胶剂的种类

(1)硅溶胶

硅溶胶是一种乳白色的透明胶体溶液,胶体颗粒近于球状,粒径一般为5~100nm,表面积为50~400m2/g,可表示成mSiO2nHO,SiO,含量一般为10%~35%。

采用硅溶胶的胶体铅酸蓄电池在充/放电特别是深放电电时电解液进行着胶体和水溶液状态之间的切换,胶体电解液容易产生水化分层现象,但它却有着重要优势:①制备、储存和灌注简单(粘性低,液体硅溶胶);②无液体与凝胶分离;③凝胶强度最佳;④凝胶时间容易控制;⑤对环境污染少;⑥制备工艺容易控制;⑦生产成本低。

(2)气相二氧化硅

气相二氧化硅非常纯净(SiO2含量不小于99.8%),凝胶力强,表面活性高,制得的胶体铅酸蓄电池性能优良,无论在充电状态还是放电状态,无论硫酸浓度高低,电解液一直保持良好的胶体状态。困难在于气相二氧化硅价格高,国内品种少,来源困难。用它配制的胶体电解液粘度很高,用常规方法无法灌注电池,需用复杂的灌装和凝胶工艺制取胶体蓄电池。如果没有特殊的粘度调节剂、胶体稳定剂及其他添加剂,是很难控制其性能与质量。而且气相二氧化硅含有过量对铅酸蓄电池寿命有害的杂质,如果气相二氧化硅是通过SiCL4的燃烧产生的,那么氯离子有损于铅酸蓄电池的性能,而且容易污染工作场所。

(3)有机高分子改性SiO2

这类胶体蓄电池低温特性好、自放电小、寿命长、具有突出的电恢复能力,而且其大电流放电性能好,高倍率放电容量比一般铅酸蓄电池大30%以上。

2、硫酸的体积分数

硫酸是参与胶体铅酸蓄电池成流反应的活性物质,因此在一定范围内提高硫酸含量能延长胶体铅酸蓄电池的放电时间。研究表明硫酸含量的变化对胶体性能及蓄电池性能都有很大的影响。

3、电解液添加剂

(1)无机添加剂

常用的无机添加剂有硫酸盐、磷酸及硼酸等等。在电解液中添加硫酸镁、硫酸铝、硫酸钻等,因为它们是配位掺杂剂,可与很多金属离子(包括Pb2)形成配位化合物。Pb2+和电解液中添加的硫酸盐在极板的硫酸铅上形成的配位化合物在酸性介质中是不稳定的,因此并不是好的选择。

(2)有机添加剂

有机添加剂不仅可以改变胶体电解液的性质,也能改善电池的性能。因为有机添加剂分子中存在N、O、Al等原子,它们能够提供共用电子对,与硅键合形成配位键,改变了聚合物的球形空间结构,形成类似体型为高分子化合物的空间网状结构。这种结构能更好的包裹“自由水”,减小水的扩散速度,降低自放电率。

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