1 前言

    氣相法二氧化硅是一種高純度白色無(wú)味的納米粉體材料，具有增稠、抗結(jié)塊、控制體系流變和觸變等作用，除傳統(tǒng)的應(yīng)用外，近幾年在膠體蓄電池中得到了廣泛的應(yīng)用。膠體蓄電池是在傳統(tǒng)的鉛酸蓄電池基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的一種新型電池，又稱 “免維護(hù)蓄電池”，具備不污染環(huán)境、自放電小、耐震動(dòng)性能好耐超高溫、耐超低溫、電池性能穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)。

2 氣相法二氧化硅的結(jié)構(gòu)及性能

    氣相法二氧化硅是硅的鹵化物在氫氧火焰中高溫水解生成的納米級(jí)白色粉末，俗稱氣相法白碳黑，它是一種無(wú)定形二氧化硅產(chǎn)品，原生粒徑在7～40nm 之間，聚集體粒徑約為200—500納米，比表面積100～400m2/g，純度高，SiO2含量不小于99.8%，氯含量低。表面未處理的氣相二氧化硅聚集體是含有多種硅羥基，一是孤立的、未受干擾的自由羥基；二是連生、彼此形成氫鍵的鍵合硅羥基。表面未處理的氣相法白炭黑聚集體是含有多個(gè)-OH的集合體，它們?cè)谝后w體系中極易形成均勻的三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)(氫鍵)。這種三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)(氫鍵)有外力(剪切力、電場(chǎng)力等)時(shí)會(huì)破壞，介質(zhì)變稀，粘度下降，外力一旦消失，三維結(jié)構(gòu)(氫鍵)會(huì)自行恢復(fù)，粘度上升，即這種觸變性是可逆的。

    氣相二氧化硅在膠體蓄電池中主要是利用其優(yōu)異的增稠觸變性能. 膠體電解質(zhì) 由氣相二氧化硅和一定濃度的硫酸溶液按一定的比例配置而成，這種電解液中的硫酸和水被 “存貯”在硅凝膠網(wǎng)絡(luò)中，呈 “軟固態(tài)狀凝膠”，靜止不動(dòng)時(shí)顯固態(tài)狀。當(dāng)電池被充電時(shí)，由于電解質(zhì)中的硫酸濃度增加使之 “增稠”并伴有裂隙產(chǎn)生，充電后期的 “電解水”反應(yīng)使正極產(chǎn)生的氧氣通過(guò)這無(wú)數(shù)的裂隙被負(fù)極所吸收，并進(jìn)一步還原成水，從而實(shí)現(xiàn)蓄電池密封循環(huán)反應(yīng)。放電時(shí)電解質(zhì)中的硫酸濃度降低使之 “變稀”，又成為灌注電池前的稀膠狀態(tài)。因此，膠體電池具有 “免維護(hù)” 的作用。

    我國(guó)過(guò)去一直采用硅酸鹽類和硅溶膠作為基本原材料配制膠體電解質(zhì)，以硅酸鹽類 (結(jié)構(gòu)式可以表示為A-O&#8226;XSiO (A表示金屬離子)材料制成的膠體鉛酸蓄電池容易水化，膠體結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定，其使用壽命比普通鉛酸蓄電池更短，幾乎沒(méi)有使用價(jià)值以硅溶膠 (化學(xué)結(jié)構(gòu)式為SiO&#8226;XH 0)作為基本原材料配制膠體電解質(zhì)，它在硫酸溶液中(pH<2)，其內(nèi)部進(jìn)行羥聯(lián)反應(yīng)形成雙硅酸、三硅酸……多硅酸一直聚合下去，粒子可以進(jìn)一步長(zhǎng)大，粒子之間可相互凝結(jié)成十分開(kāi)放而連續(xù)的凝聚結(jié)構(gòu)，但是此類膠體為非彈性凝膠有離漿的顯著特性，往往按溶膠一凝膠一濃縮凝膠一致密凝膠轉(zhuǎn)化，從而最終失去包含水的作用。相比之下，氣相二氧化硅純度非產(chǎn)高，生產(chǎn)過(guò)程中經(jīng)過(guò)脫酸及脫氯，不存在雜質(zhì)影響蓄電池的性能，同時(shí)凝膠力強(qiáng)，表面活性高，目前成為了膠體電解質(zhì)研究熱門(mén)方向。

3 膠體電解質(zhì)的主要添加劑

    在制備膠體電解質(zhì)的過(guò)程中，還需要加入一些膠體穩(wěn)定劑，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，它們和氣相二氧化硅起 “協(xié)同作用”，有助于改變膠體粒子的表面帶電狀態(tài)，阻止膠粒聚集，延緩膠凝過(guò)程，對(duì)膠體電解質(zhì)體系起到穩(wěn)定的作用。另外，膠體電解中還要加入一些無(wú)機(jī)電解質(zhì)，如氨水、磷酸、氫氧化鉀、氫氧化鋰等，也能在一定程度上提高膠體電解質(zhì)的電氣性能，增大其容量。

4 膠體電解質(zhì)的配制

    硫酸的稀釋：使用電阻率>1×10 Q的高純水或去離子水將密度為 1.84g/cm3的濃度 (符合GB4554-84標(biāo)準(zhǔn)的化學(xué)純或分析純)稀釋至所需密度的稀硫酸，其成分及雜質(zhì)含量應(yīng)符合鉛酸電池和純水國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)指標(biāo)，然后將溶液靜置，使其穩(wěn) 定降至室溫待用。膠體的配制：根據(jù)膠體電解質(zhì)中硫酸及二氧化硅含量的要求計(jì)算硫酸密度及配制時(shí)膠酸比，根據(jù)配制比例先降所需量的硅膠溶液迅速倒入硫酸中，將混合液用高速攪拌機(jī)(1800r/min以上)攪拌 l～2分鐘，使其充分?jǐn)嚢杈鶆颉?/p>

5 結(jié)論

    氣相二氧化硅具有比表面積大、純度高，良好的觸變性能等特性，已越來(lái)越受到人們的重視。隨著應(yīng)用技術(shù)的突破和價(jià)格的降低 ，在膠體蓄電池中必將得到更廣泛的應(yīng)用。