气相二氧化硅在胶体蓄电池中的应用-泉州鲤城志盛橡塑制品有限公司

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气相二氧化硅在胶体蓄电池中的应用

发布者：志盛橡塑制品　发布时间：2011-12-22 13:43:10 　阅读：981次

气相法二氧化硅在胶体蓄电池中的应用
1 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。相比之下，气相二氧化硅纯度非产高，生产过程中经过脱酸及脱氯，不存在杂质影响蓄电池的性能，同时凝胶力强，表面活性高，目前成为了胶体电解质研究热门方向。
3 胶体电解质的主要添加剂
在制备胶体电解质的过程中，还需要加入一些胶体稳定剂，通常是一些水溶性的高分子材料，如聚乙烯醇、糊精、甘油、聚乙二醇、聚丙稀酰胺、脂肪醇聚氧乙烯醚等，它们和气相二氧化硅起 “协同作用”，有助于改变胶体粒子的表面带电状态，阻止胶粒聚集，延缓胶凝过程，对胶体电解质体系起到稳定的作用。另外，胶体电解中还要加入一些无机电解质，如氨水、磷酸、氢氧化钾、氢氧化锂等，也能在一定程度上提高胶体电解质的电气性能，增大其容量。
4 胶体电解质的配制
硫酸的稀释：使用电阻率>1×10 Q的高纯水或去离子水将密度为 1.84g/cm3的浓度 (符合GB4554-84标准的化学纯或分析纯)稀释至所需密度的稀硫酸，其成分及杂质含量应符合铅酸电池和纯水国家标准技术指标，然后将溶液静置，使其稳定降至室温待用。胶体的配制：根据胶体电解质中硫酸及二氧化硅含量的要求计算硫酸密度及配制时胶酸比，根据配制比例先降所需量的硅胶溶液迅速倒入硫酸中，将混合液用高速搅拌机(1800r/min以上)搅拌 l～2分钟，使其充分搅拌均匀。
5 结论
气相二氧化硅具有比表面积大、纯度高，良好的触变性能等特性，已越来越受到人们的重视。随着应用技术的突破和价格的降低，在胶体蓄电池中必将得到更广泛的应用。