硅胶体铅蓄电池特性分析

1.引 言

　　胶体(Gelled)是一种分散系统，是物质存在的一个特别状态，而不是一种特别的物质。笔者认为当前胶体铅酸蓄电池的技术原理定位不精确，是电化学热力学问题还是电化学动力学问题，若按胶体电解质铅酸蓄电池定位的技术道路，基本原理就解释不通，因其不参加成流化学反响。准确的是用外表化学的基本原理电化学动力学的方法去解释。胶体铅蓄电池用纯度高的气相二氧化硅(Fumed SiO2 )，胶体SiO2是作为纳米材料半导体掺杂、外表改性催化剂的理论来分析，若按照电化学催化理论，则SiO2 作为催化剂载体，吸附催化金属粒子共同催化。各种粒子经过各种形式的键合锚定在载体的外表，外表经过改性的纳米颗粒载体的无穷外表积和微颗粒外表掺杂电子轨迹的重迭激活载体强烈影响着催化剂的活性。而SiO2 、Si(OH)、 H2SiO3 等在铅蓄电池中不按电化学热力学规则法拉第电解定律参与成流反响：双流反响中没有SiO2 、H2SiO3 等化合物的参加，所以它不是反响物，见反响方程式 ：

　　Pb +2H2SO4+PbO2 == 2PbSO4+2H2O。 pH 值对硅溶胶的胶凝时间影响最大，当硅溶胶pH 值在﹙7﹚附近时胶凝最快，当pH值为2—4 时比外表积和孔容最大，经实验也得到证明。而在显著的酸性、碱性范围内，胶凝时间大为延伸，PH=2左右时为等电点，溶胶凝胶最慢 。凝胶中若含有电解质，凝胶能够导电，参与半导体电子与电解液的电荷的传递作用。当凝胶度很大时，离子搬迁速度减小电导值将降低。

　　2. 硅胶体铅蓄电池功能

　　椐了解目前国内外无例外的选用气相S iO2(Fumed Silica)俗称白炭黑用其制作的胶体蓄电池功能优秀，首要是气相二氧化硅纯净度好，颗粒度也很简单调整，所以活性好。经过具体实验，用常规的VRLA蓄电池的构造，用普通的AGM玻璃纤维隔板，AGM隔板也是SiO2 为首要成分与极性分子H2O水化和硫酸反响也做催化载体。富液式构造，少数气相二氧化硅添加量和其他微量活性添加剂。就能得到高功能的电流输出，深循环条件下的优秀功能，高的功率密度、高的充电功率(99.5%)，耐过充、充电重复性好，充电稳定性好(抗热失控)，作为UPS电源蓄电池，其寿命时期免保护，长寿命，宽的工作温度，Wh价格低，高的体积比能量，自放电低，高的分量比能量。若按半荷电制式工作(Partial-stage of charge)以40%--60%的荷电在寿命时期能量输出添加三倍。在寿命实验中随着循环次数的添加其容量要比VRLA液式蓄电池衰减的慢。

　　3. SiO2胶体半导体掺杂电化学催化理论

　　在研究催化作用时，众所周知的过度金属是首要的金属催化剂和化学元素周期表中P区右上角非金属元素。这些非金属元素也是很重要的半导体电子催化元素。

　　3.1 在SiO2催化的电解质溶液中电荷传递反响动力学：

　　位于化学元素周期表p区斜对角线的元素单质大都具有半导体性质。在构成半导体元素单质中硅、硼、磷和锗、硒被公认是最好的。半导体的能带理论已很成熟，导电才能能受掺杂的控制和调整，这在电子学中得到了广泛的使用。除单质掺杂半导体外，还有半导体化合物掺杂，化学元素周期表第Ⅲ主族与第Ⅴ主族元素构成的化合物与第Ⅱ副族与Ⅵ主族元素所构成的化合物等。，Si 与 Pb元素同族，都是C(炭)族(C Si Ge Sn Pb)，硼族元素 Al 与Cd的外层电子比Si的外层电子少，要构成P型掺杂，提供空穴型或称为P型半导体，而氧族元素Sb 、 S元素等比Si外层外层电子多构成n型掺杂，电子是多数载流子，构成n型掺杂，或称这些半导体为n型半导体，其导电率比P型半导体高，利用了半导体及其化合物对于纯度十分敏感这一原理，由于现代学科的互相浸透，其在电化学动力学即半导体电化学催化领域得到了出奇的使用。在半导体电极上的电化学反响触及溶液中粒子和半导体电荷载流子之间的电荷传递。电荷传递反响动力学中系统的始态和终态能级相同时，发作电子传递的可能性最大。在外表态不存在的情况下电荷传递在溶液和能带中的能级之间直接进行。电流的大小取决于半导体中的能级和溶液中能级之间的重叠，重叠越多电流越大。

　　 4. 二氧化硅粉体SiO2的外表改性

　　4.1.二氧化硅粉体选配和改性化学品的挑选

　　选气相二氧化硅(Fumed Silica)，又称白碳黑，国产气相二氧化硅、德国德固萨公司A-200或德国威克公司 N-20，比外表积200m2/g，粒径12nm-100nm。加量 粉水比为0.5-2% Wt。 白碳黑SiO2羟基含量 球状粒子S—SiO2 含 36% ;多孔状粒子P—SiO2 含量48%。

　　几种物质的等电点pH 值：

　　SiO2 1.8 、TiO2 4.7 、 SnO2 4.5 、 Al(OH)3 35.0 MgO 12.0

　　4.2. 填加有机化学材料改性剂

　　4.2.1.改性机理及其使用的有机化学材料

　　改性有机化学材料首要是硅烷偶联剂和一些高分子活性剂。偶联剂是两性构造的化学物质，偶联剂的一有些基团可与颗粒外表的各种官能团发作反响构成强有力的化学键合，另一有些基团可与有机高聚物基料发作化学反响或物理缠绕，按其化学构造可分为硅烷偶联剂、钛酸酯类偶联剂、铝酸酯类偶联剂、锆酸酯类偶联剂等。偶联剂适用于有机高聚物和无机颗粒填料的系统，偶联剂外表改性的无机颗粒填料的系统，使颗粒外表有机化，从而改进复合材料的综合功能。硅烷偶联剂是其中一种具有特别构造的低分子有机硅化合物，其通式为 RSiX3 R 代表与聚合物分子有亲和才能和反响才能的活性基团，X代表能够水解的烷氧基。依据分子构造中R基的不同硅烷类偶联剂可分为氨基硅烷、环氧基硅烷乙烯基硅烷等。使用偶联剂还需要配合用无机或有机外表改性剂高分子分散剂外表活性剂等填加剂，如。磷酸酯、硼酸酯、萘黄酸甲醛缩合物、聚丙稀酸、乙二醇、丙稀酸等。

　　4.2.2 可选用同性无机粒子的硅烷偶联剂

　　常用的有氨基、环氧基、甲基(Me)、丙烯基、三甲基、甲基、乙烯基(Vi)偶联剂等。

　　氨基：选用 A-1100 氨丙基三乙氧基硅烷 沸点 220℃

　　分子式 NH2(CH2)3Si(OCH2CH3)3

　　A-2120 氨乙基-氨丙基甲基二甲氧基硅烷 SCA602 沸点85℃

　　分子式 NH2(CH2)2NH(CH2)3SiCH2(OCH3)2

　　甲基丙烯基 A-174 甲基丙基酰氧基丙基三甲氧基硅烷 沸点255℃

　　分子式 CH2=C(CH3)CO2(CH2)3Si(OCH3)3

　　乙烯基 A-172 乙烯基-三(乙-甲氧基乙氧基)硅烷 沸点285℃

　　分子式 CH2=CH-Si(OCH2CH2OCH3)3

　　甲基 A-1630 甲基三甲氧基硅烷 沸点101℃

　　分子式 CH3Si(OCH3)3

　　A-162 甲基三乙氧基硅烷 143℃

　　分子式 CH3Si(OCH2CH3)3

　　●常用的多选用 甲基硅烷 A-174 、 氨基 A-1100

　　4.2.3.. 硅烷偶联剂的使用方法

　　将硅烷偶联剂与去离子水配成水溶液，即使其水解，水解的时间依偶联剂的种类和溶液的pH值的不同而异.从几分钟—几十分钟制造的水溶液的pH值通常控制在 3-5，能够用硼酸和磷酸调理。若pH值<3或>5将会推进聚合物的生成，SiO2的等电点 pH值=1.8。通常不会短时间内凝固，不能将制造好的已水解的偶联剂溶液久放，否则自行缩聚而失效。用量选定为无机粉体的质量的0.1%--1.5%%Wt，操作温度50℃--100℃，不能使偶联剂欢腾。复合填料配方时水中分散体能够加 铝酸酯偶联剂、磷酸硼、乙二醇、季戊四醇、丙烯酸、甲基丙烯酸、醋酸乙烯、萘磺酸甲醛缩合物等阴离子外表活性剂，阳离子外表活性剂因对介质的pH值敏感，又加之价格昂贵所以不多用。(各类活性分散剂必须澄清化学品的作用，不可加絮凝剂)。 特别注意填料的顺序，其他添加剂都在主添加剂硅烷偶联剂之后参加。

　　4.3..填加无机化学材料改性剂

　　经过无机电解质的作用，被改性物质添加颗粒外表的外表积和吸附才能，填加无机改性剂的种类比较多，、磷酸盐、硼酸盐 、四氟硼酸锂、四氟磷酸锂、六氟磷酸锂、磷酸酯等。

　　无机改性剂 还可填加磷酸硼，也能够自组装。磷酸酯是界于无机和有机之间的作用，是改性和催化作用极好的分散剂，

　　在适量加有SiO2水溶液中各填加 1%的P2O5和B2O3 后高速拌和60分钟用1500瓦转数2500转/分的颗粒改性高速拌和机。能够自组装组成硅烷磷酸硼。

　　4.4..改性硅溶胶用调理剂

　　能够填加 有机低分子化合物和水溶性高分子如醇类或乙酸类。 乙二醇、聚乙二醇、乙醇、丙三醇、醋酸 等复合填料配方时水中分散体还能够加钛酸酯偶联剂、铝酸酯偶联剂、磷酸硼、乙二醇、季戊四醇、丙烯酸、甲基丙烯酸、醋酸乙烯、萘磺酸甲醛缩合物等阴离子外表活性剂。

　　外表改性用水溶性高分子首要是组成水溶性高分子的聚合物，例如：聚丙烯酸及其盐类、聚丙烯酰胺、聚乙二醇、聚乙烯醇等。

　　还能够填加不饱和有机酸及有机低聚物， 常用的不饱和有机酸：丙烯酸、甲基丙烯酸、丁烯酸、乙酸乙烯、乙酸丙烯等。

　　5. 微颗粒粉体外表改性设备

　　改性硅胶体通常在湿性状态下，湿法外表改性设备简略的常用的机械高速拌和设备，要求高的技术改性设备首要选用可控温拌和反响釜或反响罐，这种设备的筒体通常作成带夹套的内外两层夹套内通加热介质如蒸汽、导热油等，也有简略的用电加热，颗粒被有些浸湿后用机械的力量可使剩下的聚团碎解。浸湿进程中的拌和能添加聚团的碎解程度，从而也就加马上全部的分散进程。有条件的能够用控温反响釜、反响罐或拌和桶。也能够用自制高速拌和机功率1500-2000瓦，转速应在3000-5000转/每分钟 范围，拌和30分钟左右，机械高速拌和设备是经过强烈的机械拌和方法，导致液流强湍流运动，使团聚的颗粒碎解悬浮，高速拌和结束后温升不能超过100℃，依据参加反响的偶联剂、分散剂、外表活性剂等化合物分解的温度点而定。反响釜有温控套，温度过高简单使偶联剂欢腾而失效损失。拌和设备是改性设备的首要部件，拌和筒内的物料凭借拌和器的拌和，到达充分混合和反响。改性设备也有用大功率超声设备，功率1000-5000瓦，频率20-30khz 本文将拌和设备与改性设备合一使用。深圳导电硅胶