气相二氧化硅对铅酸蓄电池的重要性

日期：2022-06-27 浏览次数：次

现代生活离不(bu)开电(dian)池(chi)，可以(yi)说电(dian)池(chi)技(ji)术改变了整(zheng)个世界。其中，铅(qian)酸蓄(xu)电池已历经160余年而不衰，并且牢牢占据二次电池的大半壁江山，是世界上产量最大、使用范围最广的一种化学电源。

铅酸电池(chi)之所(suo)以达(da)到这样的(de)市场占有(you)率，除了其技术成熟、廉格低(di)价、安全性高等传(chuan)统的突出优点外，也与它在竞争中发展的许多(duo)新技(ji)术密(mi)切相(xiang)关。比如说胶体(ti)蓄电池就是在(zai)传统的铅(qian)酸蓄电(dian)池(chi)(chi)基(ji)础(chu)上发(fa)展起来的一种新型电(dian)池(chi)(chi)，又称(cheng)“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。

气相二氧化硅对铅酸蓄电池的重要性

气相二氧化硅(gui)

在胶(jiao)体蓄电(dian)池中，有(you)一种添加剂被(bei)大量使用，那(nei)就是“气(qi)相二氧化硅”。气相二氧(yang)化(hua)硅是一种白色(se)无味的(de)超细粉体材料(liao)，具有增稠、抗结块、控制(zhi)体系流变和触变等作用，是一种应用相当广泛(fan)的(de)无机(ji)粉体材料(liao)，那它在(zai)胶体蓄(xu)电池中具体起到(dao)些什么作用呢(ni)？

关于胶体蓄电池

早在(zai)1957年，德国的(de)Sonennschein公司就(jiu)首度(du)将气相二氧(yang)化硅添(tian)加到(dao)H₂SO₄中，发(fa)明了(le)让电(dian)解质固(gu)定的胶体密封铅酸蓄电(dian)池，并在1996年时真正实现了胶(jiao)体电池的产业(ye)化(hua)。

胶体铅酸蓄电池与液态电(dian)解质的普通铅酸蓄电(dian)池相比，用胶体电(dian)(dian)解(jie)(jie)(jie)液(ye)(ye)代换(huan)了硫(liu)酸电(dian)(dian)解(jie)(jie)(jie)液(ye)(ye)，内部无(wu)游离液(ye)(ye)体存在(zai)(zai)，在(zai)(zai)同等体积下(xia)电(dian)(dian)解(jie)(jie)(jie)质容量大(da)，热(re)容量大(da)，热(re)消散能力强，能避免一(yi)般蓄电(dian)(dian)池易(yi)产生热(re)失控现(xian)象；电(dian)(dian)解(jie)(jie)(jie)质浓度低，对极板的腐(fu)蚀作用弱；浓度均(jun)匀，不(bu)存在(zai)(zai)电(dian)(dian)解(jie)(jie)(jie)液(ye)(ye)分层现(xian)象，在(zai)安全性、蓄电量、放电性能和使用寿(shou)命等方面较普通(tong)电池有所改善。

气相二氧化硅对铅酸蓄电池的重要性

随着开发工作的进(jin)一步深入，技术(shu)水平的逐渐提高，生(sheng)产工艺的日(ri)渐成熟，预计在未来的5年内胶体电池的份额将占到整个蓄电池的30%，而且还将以每年15%的速度递增，这在一定程度也拉动了对气相二氧化硅的需求。

二(er)氧化硅在胶体蓄电(dian)池中(zhong)的作用

气(qi)相二(er)氧化硅以(yi)SiCl₄为原料，将(jiang)SiCl₄与一(yi)定量(liang)的H₂和O₂（或(huo)空(kong)气）在1800℃的条件下进行气相水解，生成纳米级的气相SiO2原生粒子，俗称(cheng)气相法白炭黑。

气相二氧化硅对铅酸蓄电池的重要性

气相二氧化(hua)硅生产示意图(tu)

高(gao)表面能的原生粒子(zi)SiO₂可通过氢键、静电相互(hu)作用与≡Si-O-Si≡键发生桥联作用进行聚集，高温条件下原生粒子相互碰撞、粘附和熔结形成相对稳定且尺寸为100~500 nm的聚集体，最终气相SiO₂的(de)形貌、性(xing)能以及(ji)其应用中表现出来的(de)性(xing)质就由这些聚集体结构来决(jue)定(ding)；这些聚集(ji)体分散到水(shui)中，又通过分子间氢(qing)键、静(jing)电相互作用和极性(xing)作用形成疏松的、尺寸大于1μm的不太稳定的附聚集体，也就是凝胶过程，如下图(tu)所示。这些附聚体(ti)经过剪切、分散，SiO₂粒子(zi)能够被(bei)破坏并回到聚集体(ti)状态，这个过(guo)程就(jiu)是气相SiO₂的触变(bian)特(te)性。

气相二氧化硅对铅酸蓄电池的重要性

气相二(er)氧化硅凝胶后(hou)的结构(gou)示(shi)意图

气相二氧(yang)化硅在胶体蓄电池中主要就是利(li)用它这种优异的增(zeng)稠触变性能，示意图(tu)如(ru)下。胶体(ti)电解(jie)质由气相二氧(yang)化硅和一定(ding)浓(nong)度的(de)硫酸溶液(ye)按一定(ding)的(de)比(bi)例配(pei)置而成(cheng)，这(zhei)种电解(jie)液(ye)中的(de)硫酸和水被(bei)“存贮”在硅凝胶网络中，呈“软固态状凝胶”，静止不动时显固状态。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。