鉛酸蓄電池，在我們的日常生活中可謂是隨處可見，滿大街跑的電瓶車中的“電瓶”就是指的它，最早在1859年時被法國物理學家普蘭特發明。盡管鉛酸蓄電池已歷經150年而不衰，但在新型電池頻出的今天，一直都有聲音討論它會不會被取代。

不止電瓶車，基本所有內燃機車都會用到鉛酸蓄電池

但要知道，全世界的內燃機車每一輛都要用一塊鉛酸蓄電池，這絕非偶然——除了其技術成熟、廉格低價、安全性高等傳統的突出優點外，也與它這些年在性能上不斷取得突破有關。比如說使用壽命本是鉛酸蓄電池的短板，但經過改良的納米膠體蓄電池電解液能有效改善這一點，延長其使用壽命，其中最大的功臣就是電解液的凝膠劑——納米氣相二氧化硅。

氣相二氧化硅發揮了什么作用？

鉛酸蓄電池主要由極板、隔板、電解液、外殼構成，蓄電池的充放電就是依靠極板上的活性物質與電解液中的硫酸化學反應來實現的，化學方程式為：

傳統鉛酸蓄電池使用的是硫酸電解液，在運輸過程中會有酸液流出，充電時會有酸霧析出來，對環境和設備造成損害，于是人們就試圖將電解液“固定”起來，這樣鉛酸動力電池就能“密封”起來了，而最簡單的做法是在硫酸中添加膠凝劑，使硫酸電解液變為膠態。

氣相二氧化硅在膠體蓄電池電解液中，擔任的就是“凝膠劑”這一角色。它是硅的鹵化物在氫氧火焰中高溫水解生成的納米級白色粉末，在膠體蓄電池中主要是利用其優異的增稠觸變性能。

在膠體電解液中，氣相二氧化硅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，呈“軟固態狀凝膠”，靜止不動時顯固態狀。這種觸變性徹底解決了普通鉛酸電池的硫酸分層問題，賦予了膠體鉛酸蓄電池便于運輸和不易漏液等優點。

氣相二氧化硅溶于不同的介質形成溶膠和凝膠的機理

b是氣相二氧化硅、硫酸和水三者混合能形成凝膠電解液的原理。

當電池被充電時，由于電解質中的硫酸濃度增加使之“增稠”并伴有裂隙產生，充電后期的“電解水”反應使正極產生的氧氣通過這無數的裂隙被負極所吸收，并進一步還原成水，從而實現蓄電池密封循環反應。放電時電解質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。因此，膠體電池具有“免維護”的作用，不僅大大延長了電池的使用壽命，而且低溫性能和過放電恢復能力都得到極大提高。

氣相二氧化硅的正確使用姿勢

凝膠劑含量

二氧化硅顆粒在膠體電解液中的含量不僅影響膠體電解液觸變性和穩定性，也會影響電池的電化學性能。隨著膠體電解液中二氧化硅含量的增加，孔體積、孔徑和孔率降低，膠體結構聚集的空腔減小，導致形成的凝膠比較硬、難切稀、膠水分離，膠體電解液內阻增大，H⁺、SO₄^2-離子擴散速度減小，電池的充、放電量也相應降低。

理論上，電解液中的二氧化硅含量要盡可能的低，以獲得最佳的孔率；但不夠高，又很難保持膠體結構的穩定，因此國、內外專利技術通常采用4%～10%之間的凝膠劑含量。

凝膠劑顆粒大小

在含量和其他條件不變的條件下，二氧化硅顆粒的粒徑越小，分散均勻性越好，比表面積越大，反應活性越高，同時膠粒間的距離越近，觸變性越好，但是二氧化硅粒徑也不能太小。

Mao等人指出，當二氧化硅的粒徑小于5 nm時，凝膠化時間短，凝膠強度大，觸變性差，容易造成水化分層現象；然而當顆粒直徑大于50 nm時，凝膠強度差，凝膠不能穩定存在。通常，氣相二氧化硅粒徑以10~30 nm為宜。

資料來源：

鉛酸蓄電池膠體電解液的研究進展，畢秋芳，楊軍，王久林，努麗燕娜。

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