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膠體電解液組成及用途

鉅大LARGE  |  點擊量:99次  |  2020年08月25日  

摘要
蓄電池的膠體電解液的主要成分為凝膠劑、硫酸和有機添加劑,組成電解液的凝膠劑通過其表面的羥基形成氫鍵,在體系中形成空間網狀結構,將硫酸和水包裹在其中,因此膠體電解液在靜止不動時呈固體狀。當受到一定的剪切

蓄電池的膠體電解液的重要成分為凝膠劑、硫酸和有機添加劑,組成電解液的凝膠劑通過其表面的羥基形成氫鍵,在體系中形成空間網狀結構,將硫酸和水包裹在其中,因此膠體電解液在靜止不動時呈固體狀。當受到一定的剪切力時,其三維網狀結構迅速解體,膠體電解液呈水溶液狀。而剪切力停止時,膠體電解液又會恢復到原先的空間網狀結構。這種觸變性賦予了膠體鉛酸蓄電池便于運輸和不易漏液等優點。


1、凝膠劑的種類


(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電解液進行著膠體和水溶液狀態之間的切換,膠體電解液容易出現水化分層現象,但它卻有著重要優勢:①制備、儲存和灌注簡單(粘性低,液體硅溶膠);②無液體與凝膠分離;③凝膠強度最佳;④凝膠時間容易控制;⑤對環境污染少;⑥制備工藝容易控制;⑦生產成本低。


(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,表面活性高,制得的膠體鉛酸蓄電池性能優良,無論在充電狀態還是放電狀態,無論硫酸濃度高低,電解液一直保持良好的膠體狀態。困難在于氣相二氧化硅價格高,國內品種少,來源困難。用它配制的膠體電解液粘度很高,用常規方法無法灌注電池,需用復雜的灌裝和凝膠工藝制取膠體蓄電池。假如沒有特殊的粘度調節劑、膠體穩定劑及其他添加劑,是很難控制其性能與質量。而且氣相二氧化硅含有過量對鉛酸蓄電池壽命有害的雜質,假如氣相二氧化硅是通過SiCL4的燃燒出現的,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所。


(3)有機高分子改性SiO2


這類膠體蓄電池低溫特性好、自放電小、壽命長、具有突出的電恢復能力,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、硫酸的體積分數


硫酸是參與膠體鉛酸蓄電池成流反應的活性物質,因此在一定范圍內提高硫酸含量能延長膠體鉛酸蓄電池的放電時間。研究表明硫酸含量的變化對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)無機添加劑


常用的無機添加劑有硫酸鹽、磷酸及硼酸等等。在電解液中添加硫酸鎂、硫酸鋁、硫酸鉆等,因為它們是配位摻雜劑,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中是不穩定的,因此并不是好的選擇。


(2)有機添加劑


有機添加劑不僅可以改變膠體電解液的性質,也能改善電池的性能。因為有機添加劑分子中存在N、O、Al等原子,它們能夠供應共用電子對,與硅鍵合形成配位鍵,改變了聚合物的球形空間結構,形成類似體型為高分子化合物的空間網狀結構。這種結構能更好的包裹“自由水”,減小水的擴散速度,降低自放電率。


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