1.膠體鉛酸動(dòng)力電池特性

鉛酸動(dòng)力電池從問世到如今，一直是特種、民用領(lǐng)域中使用最廣泛的化學(xué)電源。由于它使用硫酸電解液，運(yùn)輸過程中會(huì)有酸液流出，充電時(shí)會(huì)有酸霧析出來，對(duì)環(huán)境和設(shè)備造成損害，人們就試圖將電解液“固定”起來，將鉛酸動(dòng)力電池“密封”起來，于是使用膠體電解液的鉛酸動(dòng)力電池應(yīng)運(yùn)而生。膠體鉛酸動(dòng)力電池簡(jiǎn)單的說就是使用膠體電解液的鉛酸動(dòng)力電池，膠體鉛酸動(dòng)力電池屬于鉛酸動(dòng)力電池的一種，其最簡(jiǎn)單的做法是在硫酸中添加膠凝劑，使硫酸電解液變?yōu)槟z態(tài)。

膠體鉛酸動(dòng)力電池與普通鉛酸動(dòng)力電池的區(qū)別不僅在于電解液改為膠凝狀，而進(jìn)一步發(fā)展至電解質(zhì)基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的電化學(xué)特性研究，以及在板柵和活性物質(zhì)中的應(yīng)用推廣。例如采用非凝固態(tài)的水性膠體鉛酸動(dòng)力電池，從電化學(xué)分類和特性看同屬膠體鉛酸動(dòng)力電池。又如在板柵中使用高分子材料，俗稱陶瓷板柵，是膠體鉛酸動(dòng)力電池的特點(diǎn)。近期已有實(shí)驗(yàn)室在極板配方中添加一種靶向偶聯(lián)劑，大大提高了極板活性物質(zhì)的反應(yīng)利用率。

膠體的質(zhì)量和灌裝工藝對(duì)膠體鉛酸動(dòng)力電池的質(zhì)量有重要的影響，而膠體鉛酸動(dòng)力電池的設(shè)計(jì)、制造工藝和應(yīng)用條件（尤其是充放電工藝）都制約著膠體鉛酸動(dòng)力電池的性能。膠體的特性必須和蓄電池的結(jié)構(gòu)及使用條件相互適用。閥控密封鉛酸動(dòng)力電池的結(jié)構(gòu)和使用條件有利于膠體的穩(wěn)定，膠體的特性使閥控密封鉛酸動(dòng)力電池的性能更加完美。現(xiàn)代優(yōu)良的膠體鉛酸動(dòng)力電池都是基于閥控密封鉛酸動(dòng)力電池工藝生產(chǎn)的，而用普通鉛酸動(dòng)力電池半成品不經(jīng)改動(dòng)制成的膠體鉛酸動(dòng)力電池也是近來頗有爭(zhēng)議的問題。

膠體灌裝、凝膠穩(wěn)定性和確保膠體鉛酸動(dòng)力電池容量是膠體鉛酸動(dòng)力電池的三項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，德國(guó)陽光公司生產(chǎn)的膠體鉛酸動(dòng)力電池的膠體粘度很低，用常壓自然法灌裝膠體鉛酸動(dòng)力電池。即使大型膠體鉛酸動(dòng)力電池也像灌注稀硫酸一樣灌注滿。膠體在鉛酸動(dòng)力電池中充分凝膠，在極群內(nèi)外上下都呈均勻的糊狀凝膠，在膠體鉛酸動(dòng)力電池的整個(gè)壽命期間，完全沒有液化現(xiàn)象，這是我國(guó)生產(chǎn)的膠體鉛酸動(dòng)力電池很難做到的。

陽光公司的技術(shù)是世界最先進(jìn)的，其Dryfit系列膠體鉛酸動(dòng)力電池安全可靠，壽命長(zhǎng)，是世界上最優(yōu)良的膠體鉛酸動(dòng)力電池。但是，陽光公司生產(chǎn)的膠體鉛酸動(dòng)力電池的比能量和大電流放電不及采用超細(xì)玻璃纖維隔膜閥控密封鉛酸動(dòng)力電池電池。另外，陽光公司的極板化成工藝復(fù)雜，生產(chǎn)周期長(zhǎng)，有些型號(hào)的膠體鉛酸動(dòng)力電池需經(jīng)10次充放電循環(huán)才出廠，降低了生產(chǎn)效率，增大了產(chǎn)品成本，不利于大規(guī)模的產(chǎn)品開發(fā)和市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)。

2.膠體鉛酸動(dòng)力電池的結(jié)構(gòu)

閥控密封鉛酸動(dòng)力電池通過兩種方式來固定電解液，一種是采用超細(xì)玻璃纖維隔膜來固定電解液，另外一種為膠體結(jié)構(gòu)，即通過膠體來固定電解液。美國(guó)的C&D技術(shù)公司則將兩種方式結(jié)合起來固定電解液，稱為復(fù)合技術(shù)。在膠體鉛酸動(dòng)力電池的定義中，只提到電解液為凝膠狀(比較直觀的認(rèn)識(shí)為果凍狀)，沒有對(duì)隔板的使用做出規(guī)定，所以只要使用凝膠來固定電解液的蓄電池就可稱為膠體鉛酸動(dòng)力電池。

不管使用液態(tài)二氧化硅和氣相二氧化硅，其成膠的原理是相同的，它們之間存在粒徑和純度的差異，所以加入蓄電池后，對(duì)蓄電池的性能有比較大的影響。凝膠的強(qiáng)度與二氧化硅的含量和酸的含量成正比，強(qiáng)度越大，其水化和破裂的可能性越小。

鉛酸動(dòng)力電池的內(nèi)阻與膠體中的二氧化硅的含量成正比，所以膠體鉛酸動(dòng)力電池的高倍率(3C以上)放電特性比相同結(jié)構(gòu)的AGM-VRLA蓄電池差，但額定容量比相同結(jié)構(gòu)的AGM-VRLA蓄電池大5～10%。使用PVC-SiO2或者酚醛樹酯等專用隔板的膠體鉛酸動(dòng)力電池，由于二氧化硅含量的關(guān)系，使其額定容量比AGM-VRLA蓄電池小一些。如使用PVC或PE做隔板，二氧化硅的含量要相當(dāng)高才能形成穩(wěn)定的膠體。用復(fù)合技術(shù)生產(chǎn)的膠體鉛酸動(dòng)力電池，其浮充壽命為相同結(jié)構(gòu)的AGM-VRLA蓄電池的1.5～2倍，循環(huán)能力可以提高20%。

國(guó)際上生產(chǎn)鉛酸動(dòng)力電池的大公司幾乎都生產(chǎn)膠體鉛酸動(dòng)力電池，如：德國(guó)的陽光、哈根，美國(guó)的DEKA，Trojan，Exide，SEC等，但日本的YUASA不生產(chǎn)膠體鉛酸動(dòng)力電池，但其UXL系列蓄電池中有膠體成分，其主要作用是為了減輕電解液的分層現(xiàn)象。在應(yīng)用方面主要在太陽能、風(fēng)力發(fā)電、動(dòng)力蓄電池等方面，其市場(chǎng)比較大，價(jià)格比AGM-VRLA蓄電池高20%左右。

在國(guó)內(nèi)的大企業(yè)中，有雙登、深圳雄韜等公司生產(chǎn)膠體鉛酸動(dòng)力電池，雙登的GFM系列采用管式極板，一般采用PVC-SiO2隔板和酚醛樹脂隔板。廣東番禺恒達(dá)蓄電池總廠的課題組經(jīng)過三年的研究，開發(fā)了二種膠體鉛酸動(dòng)力電池，一種采用AGM隔板，其技術(shù)與C&D技術(shù)公司的技術(shù)一樣，另一種采用PVC-SiO2隔板，同DEKA的產(chǎn)品一樣。

膠體鉛酸動(dòng)力電池是對(duì)液態(tài)電解質(zhì)的鉛酸動(dòng)力電池的改進(jìn)，用膠體電解液代換液態(tài)電解液，在安全性、蓄電量、放電性能和使用壽命等方面較鉛酸動(dòng)力電池有所改善。膠體鉛酸動(dòng)力電池采用凝膠狀電解質(zhì)，內(nèi)部無游離液體存在，在同等體積下電解質(zhì)容量大，熱容量大，熱消散能力強(qiáng)，能避免AGM-VRLA蓄電池易產(chǎn)生熱失控現(xiàn)象。膠體鉛酸動(dòng)力電池電解質(zhì)的濃度低，對(duì)極板的腐蝕作用弱；濃度均勻，不存在電解液分層現(xiàn)象。

膠體鉛酸動(dòng)力電池具有使用性能穩(wěn)定，可靠性高，使用壽命長(zhǎng)，對(duì)環(huán)境溫度的適應(yīng)能力（高、低溫）強(qiáng)，承受長(zhǎng)時(shí)間放電能力、循環(huán)放電能力、深度放電及大電流放電能力強(qiáng)，有過充電及過放電自我保護(hù)等優(yōu)點(diǎn)。

膠體鉛酸動(dòng)力電池在使用初期無法進(jìn)行氧循環(huán)是因?yàn)槟z體把正、負(fù)極板都包圍起來了，正極板上面產(chǎn)生的氧氣無法擴(kuò)散到負(fù)極板，無法實(shí)現(xiàn)與負(fù)極板上的活性物質(zhì)鉛還原，氧氣只能由排氣閥排出，與富液式鉛酸動(dòng)力電池一致。

在膠體鉛酸動(dòng)力電池使用一段時(shí)間后，膠體開始干裂和收縮，產(chǎn)生裂縫，氧氣通過裂縫直接到負(fù)極板進(jìn)行氧循環(huán)。排氣閥就不再經(jīng)常開啟，膠體鉛酸動(dòng)力電池進(jìn)入密封工作，失水很少。膠體電解液中加有膠體穩(wěn)定劑和增容劑，有些膠體配方中還加有延緩膠體凝固的延緩劑，以便于膠體的加注。膠體鉛酸動(dòng)力電池電解液的固定方式采用氣體二氧化硅及多種添加劑，注入時(shí)為液態(tài)，可充滿蓄電池內(nèi)的所有空間。

3.膠體電解質(zhì)的優(yōu)缺點(diǎn)

膠體電解質(zhì)和普通液態(tài)電解質(zhì)相比具有如下優(yōu)點(diǎn)：

1）硫酸被膠體均勻地固化分布，無濃度層化問題，膠體鉛酸動(dòng)力電池可豎直或水平任意放置。超純材料和膠體保證了膠體鉛酸動(dòng)力電池在正常環(huán)境下浮充使用壽命達(dá)10年以上?？梢悦黠@延長(zhǎng)蓄電池的使用壽命。根據(jù)有關(guān)文獻(xiàn)，可以延長(zhǎng)蓄電池壽命2～3倍。

2）免維護(hù)性能好。由于采用膠體電解質(zhì)，膠體鉛酸動(dòng)力電池的自放電性能得到明顯改善，在同樣的硫酸純度和水質(zhì)情況下，膠體鉛酸動(dòng)力電池的存放時(shí)間可以延長(zhǎng)2倍以上。可儲(chǔ)存兩年無需充電即可使用，2V系列靜置兩個(gè)月容量仍保存99.9%以上。

3）膠體鉛酸動(dòng)力電池在嚴(yán)重缺電的情況下，抗硫化性能明顯。

4）充放電無記憶效應(yīng)（N次數(shù)），在嚴(yán)重放電情況下的恢復(fù)能力強(qiáng)，反彈容量大，恢復(fù)時(shí)間短，在放完電數(shù)分鐘后仍能應(yīng)急使用。

5）膠體鉛酸動(dòng)力電池充電接受能力強(qiáng)，納米膠體和特殊合金保證了蓄電池良好的充電接受能力，抗過充能力強(qiáng)，具有比較好的深循環(huán)能力，有著很好的過充和過放能力。經(jīng)多次反復(fù)深放電至0V仍能正常恢復(fù)，下限保護(hù)可降低至1.75V/單格，這對(duì)深循環(huán)蓄電池十分重要。

6）膠體鉛酸動(dòng)力電池的后期放電性能得到明顯改善。

7）膠體鉛酸動(dòng)力電池不會(huì)出現(xiàn)漏液、滲酸等現(xiàn)象，逸氣量小，對(duì)環(huán)境危害很小。

8）低溫特性好。普通鉛酸動(dòng)力電池在低于0℃的環(huán)境下使用容量驟降，而膠體鉛酸動(dòng)力電池適用于多種惡劣環(huán)境。在-40℃～＋70℃環(huán)境都可正常使用。在-20℃環(huán)境下，仍可以釋放額定容量的80%以上。

雖然膠體電解質(zhì)具有以上諸多優(yōu)點(diǎn)，但是也有一定的缺陷，具體表現(xiàn)在以下方面：

1）膠體電解質(zhì)相對(duì)于普通電解液來說加注比較困難，這一點(diǎn)需要通過改變膠體配方、加注緩凝劑來改變。

2）如果在膠體的配制過程中，生產(chǎn)工藝不合理或控制不好，膠體鉛酸動(dòng)力電池的初容量會(huì)比較小。

3）膠體鉛酸動(dòng)力電池早期排氣帶出的膠粒是含酸的，膠粒容易貼附在蓄電池的外殼上，所以，反映出蓄電池假漏酸現(xiàn)象。

4）氧循環(huán)雖然抑制了失水，但氧循環(huán)產(chǎn)生熱量，使蓄電池內(nèi)部溫升較高。

經(jīng)驗(yàn)表明，膠體鉛酸動(dòng)力電池要在極板生產(chǎn)、膠體電解質(zhì)配方、灌裝方法、充電工藝等方面制定一套完善的工藝流程，以保證膠體鉛酸動(dòng)力電池性能的更好發(fā)揮。

4.結(jié)語

膠體鉛酸動(dòng)力電池為密封結(jié)構(gòu)、電解液凝膠、無滲漏、充放電時(shí)無酸霧、無污染，是國(guó)家大力推廣應(yīng)用的環(huán)保產(chǎn)品。膠體鉛酸動(dòng)力電池最重要的特點(diǎn)為：放電曲線平直，拐點(diǎn)高，比能量特別是比功率要比普通鉛酸動(dòng)力電池高20%以上，壽命一般也比普通鉛酸動(dòng)力電池長(zhǎng)一倍左右，充電接收能力強(qiáng)；自放電小，耐存放；過放電恢復(fù)性能好，大電流放電容量比普通鉛酸動(dòng)力電池增加30%以上；低溫性能好，高溫特性穩(wěn)定，滿足65℃甚至更高的溫度環(huán)境的使用要求；循環(huán)使用壽命長(zhǎng)，可達(dá)到800～1500充放電次，單位容量工業(yè)成本低于普通鉛酸動(dòng)力電池，經(jīng)濟(jì)效益高。