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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:
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现代(dai)生活离不(bu)开(kai)电池,可以说电池技术改变了(le)整个世界。其中,铅酸蓄电池(chi)已历(li)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(dian)池之(zhi)所以达到(dao)这样的市场占有率,除了(le)其技术成熟、廉格低价、安全性高等传(chuan)统的突出优点外(wai),与它在竞争中发展的(de)许(xu)多新技(ji)术密切(qie)相关比如(ru)说(shuo)胶体(ti)蓄电池就是在传统的铅酸蓄电(dian)(dian)池基础上发展起来的一种新型电(dian)(dian)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。

气相二氧化硅对铅酸蓄电池的重要性

气相(xiang)二氧化硅

在(zai)胶体蓄电(dian)池中,有一种添加剂被大量使用(yong),那就是“气(qi)相二氧(yang)化(hua)硅(gui)”。气(qi)相二氧化硅是一(yi)(yi)种白色(se)无味的(de)超细粉体(ti)(ti)材(cai)料(liao),具有增稠、抗结块、控制体(ti)(ti)系流(liu)变(bian)和(he)触变(bian)等作(zuo)用,是一(yi)(yi)种应用相当广(guang)泛的(de)无机粉体(ti)(ti)材(cai)料(liao),那(nei)它在胶体(ti)(ti)蓄电池中具体(ti)(ti)起到些什么(me)作(zuo)用呢?

关于胶体蓄(xu)电池

早在1957年德(de)国的Sonennschein公司就首度将气相二氧化硅添加到H2SO4中(zhong)发明了(le)让电(dian)解质固定的胶(jiao)体密封铅(qian)酸蓄电(dian)池并(bing)在1996年真(zhen)正实现了胶体电(dian)池的产业化。

胶体铅酸蓄电池(chi)与(yu)液态电解质(zhi)的普通(tong)铅酸(suan)蓄电池相(xiang)比,用(yong)胶体电(dian)解液代换了硫酸电(dian)解液,内部(bu)无游离液体存在(zai),在(zai)同等体积(ji)下电(dian)解质(zhi)容量(liang)大(da),热(re)容量(liang)大(da),热(re)消散(san)能(neng)力强,能(neng)避免(mian)一般蓄电(dian)池(chi)易产生热(re)失(shi)控现(xian)象(xiang);电(dian)解质(zhi)浓度低,对极板的腐蚀作用(yong)弱;浓度均匀,不存在(zai)电(dian)解液分层现(xian)象(xiang)在安全性(xing)、蓄电量、放电性(xing)能和使(shi)用寿(shou)命等(deng)方面较普通电池有所改善。

气相二氧化硅对铅酸蓄电池的重要性

随着开发工作的(de)进(jin)一步(bu)深入,技术水平的(de)逐渐(jian)提高(gao),生产工艺(yi)的(de)日渐(jian)成熟,预计在未来的(de)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。

二氧化硅在胶体蓄电池(chi)中的作用

气相二氧化硅以SiCl4为原(yuan)料,将SiCl4与一定量(liang)的H2O2(或空气)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,俗称气(qi)相法白炭黑

气相二氧化硅对铅酸蓄电池的重要性

气相二(er)氧(yang)化(hua)硅生产示意图(tu)

高表面能的原生(sheng)粒(li)子SiO2通(tong)过氢键、静电相互作用与≡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(xing)貌、性能以及(ji)其应用中表(biao)现出(chu)来的(de)性质就由这些(xie)聚(ju)集体结构决定;这些聚集体(ti)分散到水中,又(you)通过分子间氢键(jian)、静电相互作用和极性作用形成疏松的、尺寸(cun)大于(yu)1μm的不太稳定的附聚集体,也就是凝胶过程,如下图所示。这些附(fu)聚体经过剪切、分散,SiO2粒(li)子能够被(bei)破坏并回到聚集体(ti)状态(tai),这个过程就是气相SiO2的(de)触变特性

气相二氧化硅对铅酸蓄电池的重要性

气相二氧化硅凝胶后(hou)的结构示意图

气相二氧化硅在胶体蓄电池中主要(yao)就是利用它这种优异的增稠触变(bian)性(xing)能(neng)示意(yi)图(tu)如下。胶体电解质由(you)气(qi)相(xiang)二氧化硅和(he)一定浓度的(de)硫酸(suan)(suan)溶液按(an)一定的(de)比例配置而成,这种电解液中的(de)硫酸(suan)(suan)和(he)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。

气相二氧化硅对铅酸蓄电池的重要性

气相二氧(yang)化硅增稠(chou)触变示意(yi)图

总(zong)之,铅酸蓄(xu)(xu)电池市场依然广(guang)阔,随着应(ying)用(yong)技术(shu)的(de)突破和(he)价格的(de)降低,气相二氧(yang)化硅必能凭借上(shang)述优(you)势在(zai)胶体蓄(xu)(xu)电池中(zhong)得到更广(guang)泛的(de)应(ying)用(yong)。

资料来源(yuan):

气相二氧化硅在胶体(ti)蓄(xu)电池中的应用,龙成坤(kun),刘莉(li),段先健,王跃林。

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