基本介紹
- 中文名：膠體蓄電池
- 採用：凝膠狀電解質
- 特點：內部無游離液體存在
- 優點：可靠性高，使用壽命長
- 原生粒徑：在7～40nm 之間
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工作原理
膠體鉛酸蓄電池的性能優於閥控密封鉛酸蓄電池，膠體鉛酸蓄電池具有使用性能穩定，可靠性高，使用壽命長，對環境溫度的適應能力（高、低溫）強，承受長時間放電能力、循環放電能力、深度放電及大電流放電能力強，有過充電及過放電自我保護等優點。
膠體蓄電池
膠體蓄電池用於電動腳踏車的國產膠體鉛酸蓄電池是在AGM隔板中通過真空灌注，把矽膠和硫酸溶液灌到蓄電池正、負極板之間。膠體鉛酸蓄電池在使用初期無法進行氧循環，這是因為膠體把正、負極板都包圍起來了，正極板上面產生的氧氣無法擴散到負極板，無法實現與負極板上的活性物質鉛還原，只能由排氣閥排出，與富液式蓄電池一致。
膠體鉛酸蓄電池使用一段時間後膠體開始乾裂和收縮，產生裂縫，氧氣通過裂縫直接到負極板進行氧循環。排氣閥就不再經常開啟，膠體鉛酸蓄電池接近於密封工作，失水很少。所以針對電動腳踏車蓄電池主要失效是失水機理，採用膠體鉛酸蓄電池可獲得非常好的效果。膠體電解質是通過在電解液中加入凝膠劑將硫酸電解液凝固成膠狀物質，通常膠體電解液中還加有膠體穩定劑和增容劑，有些膠體配方中還加有延緩膠體凝固和延緩劑，以便於膠體加注。
相關信息
氣相二氧化矽
膠體蓄電池凝膠劑為氣相二氧化矽，氣相法二氧化矽是一種高純度白色無味的納米粉體材料，具有增稠、抗結塊、控制體系流變和觸變等作用，除傳統的套用外，近幾年在膠體蓄電池中得到了廣泛的套用。
氣相法二氧化矽是矽的鹵化物在氫氧火焰中高溫水解生成的納米級白色粉末，俗稱氣相法白炭黑，它是一種無定形二氧化矽產品，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含量不小於99.8%。表面未處理的氣相二氧化矽聚集體是含有多種矽羥基，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矽羥基。表面未處理的氣相法白炭黑聚集體是含有多個-OH的集合體，它們在液體體系中極易形成均勻的三維網狀結構(氫鍵)。這種三維網狀結構(氫鍵)有外力(剪下力、電場力等)時會破壞，介質變稀，粘度下降，外力一旦消失，三維結構(氫鍵)會自行恢復，粘度上升，即這種觸變性是可逆的。
氣相二氧化矽在膠體蓄電池中主要是利用其優異的增稠觸變性能. 膠體電解質由氣相二氧化矽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”在矽凝膠網路中，呈“軟固態狀凝膠”，靜止不動時顯固態狀。當電池被充電時，由於電解質中的硫酸濃度增加使之“增稠”並伴有裂隙產生，充電後期的“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，並進一步還原成水，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。 國內外基本採用氣相法二氧化矽是德固賽公司AEROSIL 200。
膠體蓄電池優異特性
1、可以明顯延長蓄電池的使用壽命。根據有關文獻，可以延長蓄電池壽命2-3倍。
2、膠體鉛酸蓄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情況下，蓄電池的存放時間可以延長2倍以上。
3、膠體鉛酸蓄電池在嚴重缺電的情況下，抗硫化性能很明顯。
4、膠體鉛酸蓄電池在嚴重放電情況下的恢復能力強。
5、膠體鉛酸蓄電池抗過充能力強，通過對兩隻鉛酸蓄電池（一隻膠體鉛酸蓄電池，一隻閥控密封鉛酸蓄電池）同樣反覆進行數次過充電試驗，膠體鉛酸蓄電池容量下降得較慢，而閥控密封鉛酸蓄電池因為耗水過快，其容量下降顯著。
6、膠體鉛酸蓄電池後期放電性能得到明顯改善。
工作原理
不論是採用玻璃纖維隔膜的閥控式密封鉛蓄電池(以下簡稱AGM密封鉛蓄電池)還是採用膠體電解液的閥控式密封鉛蓄電池(以下簡稱膠體密封鉛蓄電池)，它們都是利用陰極吸收原理使電池得以密封的。
電池充電時，正極會析出氧氣，負極會析出氫氣。正極析氧是在正極充電量達到70%時就開始了。
析出的氧到達負極，跟負極起下述反應，達到陰極吸收的目的。
2Pb十O2=2PbO
2PbO十2H2SO4：2PbS04+2H20
負極析氫則要在充電到90%時開始，再加上氧在負極上的還原作用及負極本身氫過電位的提高，從而避免了大量析氫反應。
對AGM密封鉛蓄電池而言，AGM隔膜中雖然保持了電池的大部分電解液，但必須使10%的隔膜孔隙中不進入電解液。正極生成的氧就是通過這部分孔隙到達負極而被負極吸收的。
膠體電解液的主要成份為一種粒徑近乎於納米級的功能化合物，流變性較好，容易實施對鉛蓄電池的配液灌裝。膠體電解液進入蓄電池內部或充電若干小時後，會逐漸發生膠凝，使液態電解質轉態為膠狀物，膠體中添加有多種表面活性劑，有助於灌裝蓄電池前抗膠凝，而且有助於灌裝蓄電池後防止極板硫酸鹽化，減小對板柵的腐蝕，提高極板活性物質的反應利用率。
鼓脹分析
膠體電池的電解液是以膠狀凝固在電池極群正、負極板和隔板之間，使電解液不流動，具有高溫環境下循環使用可靠性高、充電效率高、使用壽命長等優點，同時在節能、減少污染方面也具有顯著的優勢。
在維護實踐中發現，膠體電池在安裝使用約半年後，個別膠體電池殼體鼓脹情況非常嚴重：電池的側壁和殼蓋均有不同程度的鼓脹；安全閥處漏液非常明顯，電池蓋面的酸液痕跡分布基本上以安全閥為中心呈“噴射”狀；電池漏液造成電池倉倉體被鏽蝕；安全閥口裂紋。
從維護記錄和現場的情況分析，造成這一現象的原因主要有以下幾個方面：
一、安全閥對外排氣不暢。安全閥具有調整電池內部氣壓的作用，正常情況下應能夠及時釋放內部氣體。膠體電池在使用初期，由於電池內部的電解液比較“富裕”，充電過程中的氣體析出量大。如果安全閥出現問題使排氣不暢，當電池在充電過程中的氣體析出量大到一定程度時，就會因“脹氣”導致殼體鼓脹，甚至出現安全閥口開裂。
二、開關電源系統的蓄電池管理程式晶片參數設計與膠體電池的使用特性不符。通過對比鼓脹電池站點開關電源參數設定和未鼓脹電池站點開關電源參數設定，發現蓄電池鼓脹站點的開關電源廠家為了讓蓄電池充飽一些，設計了續流均充功能（即充電完成後再用小電流繼續給蓄電池充電）。當電池的均充電流降到10mA/Ah的轉換條件時，均充沒能轉換到浮充程式，而還要進行續流均充（在高溫環境下續流階段均充的電流有可能還會反彈上升，續流均充的時間一般為4～10小時）。加之室外型基站供電條件惡劣，停電頻繁，勢必造成開關電源每次均充都對電池過充電，也加速電池電極的腐蝕速率和電池的失水，電池內溫度極高導致電池發生殼體鼓脹。
三、膠體電池倉溫度感測線沒有被接入，導致溫度達到40℃時系統無法實現從均充到浮充的轉換。在高溫環境下，溫度補償功能的失效，實際上就是提高了電池組總的浮充電壓，這直接導致電池的末期充電電流不能降低，反而會使充電電流成倍數增高，並持續影響電池內部析氣和發熱，從而加劇膠體電解液水的電解，引起電池鼓脹。
四、電池通風條件差。電池櫃的設計由於充分考慮防盜安全性，而導致電池組的通風和自然散熱能力差，電池組在充電過程中產生的溫度得不到及時擴散，這也對電池發生殼體鼓脹產生一定影響。
優勢
蓄電池從結構上分為普通和膠體兩種，後者又稱為免維護蓄電池。膠體電池最簡單的做法是在硫酸中添加膠凝劑，使硫酸電液呈膠態。電液呈膠態的電池通常稱之為膠體電池。膠體電池與常規鉛酸電池的區別不僅僅在於電液改為膠凝狀。例如非凝固態的水性膠體，從電化學分類結構和特性看同屬膠體電池。又如板柵中解分高分子材料，俗稱陶瓷板柵，亦可視作膠體電池的套用特色。
膠體電池和普通蓄電池最大的區別是普通蓄電池的頂部有一組加水口，在選購時一定要仔細觀察，因為有的廠商用一個精緻的塑膠蓋把加水口擋住。膠體蓄電池的頂部有一個觀察孔，孔內的顏色表示蓄電池的狀態，綠色表示正常，黑色表示虧電，白色表示蓄電池已損壞，應儘快更換。
膠體電池主要優點：質量高，循環壽命長。膠體電解質可對極板周圍形成固態保護層，保護極板避免因震動或碰撞而產生損壞，破裂，防止極板被腐蝕，同時也減少了蓄電池在大負荷使用時產生極板彎曲和極板間的短路，不至於導致容量下降，具有很好的物理及化學保護作用，是普通鉛酸電池壽命的兩倍。
使用安全，利於環保，屬於真正意義上的綠色電源。膠體電池的電解質呈固態，密封結構，凝膠電解液，永不漏液，使電池內每一部位的比重保持一致。使用特殊的鈣鉛錫合金板柵，更耐腐蝕，充電接受能力更好。 採用超高強度隔板避免短路的產生。 進口優質安全閥，精確閥控調節壓力。裝備了過濾酸霧隔爆裝置，更安全可靠。使用時無酸霧氣體析出，無電解質外溢，生產過程中不含對人體有害元素，無毒，無污染，避免了傳統鉛酸電池在使用過程中電解質大量外溢滲透。浮充電流小，電池發熱量少，電解液不發生酸分層。
深放電循環性能好。電池深放電後再及時補充電的情況下容量能100%得到回充，能迎合高頻率、深程度放電的需要，因此其使用範圍比鉛酸蓄電池更廣泛。
自放電小，深放電性能好，充電接受能力強，上下電位差小，電容量大。在低溫啟動能力，荷電保持能力，電解液保持能力，循環耐久能力，耐震動性能，耐溫變性能等方面有顯著提高。在20℃室溫下儲存2年，無需充電即可投入運行。
適應環境（溫度）廣泛。可在-40℃--65℃的溫度範圍內使用，尤其低溫性能好，適用於北方高寒地區。抗震性能好，能在各種惡劣的環境下安全使用。不受空間限制，使用時可任意方位放置。
使用快捷方便，由於單體電池的內阻、容量、浮充電壓一致性好，因此無需均衡充電，也無需經常維護。
解決辦法
一、為了縮短均充時間，避免過充引起的電池鼓脹，重新設定均浮充轉換條件，把原設定電流值10mA/Ah作為均充轉換條件更改為當電流值下降到20mA/Ah時系統即自動轉換為浮充運行。
二、把開關電源的溫度感測器接到電池櫃，使得開關電源的浮充電壓能隨環境溫度進行調整。增加過溫保護，當溫度達到40℃時系統自動轉換為浮充運行，避免持續的大電流充電導致的電池鼓脹。
三、為了防止電池過充，縮短均充保護時間，將均充保護時間由18小時改為10小時（均充保護時間的設定是為防止電池熱失控，當均充電流無法降到設定的均浮充轉換電流值時，在規定時間內系統強制轉為浮充）。
四、延長定時均充周期，避免過頻的大電流均充。將定時均充周期原設定值100天更改為180天。
五、取消開關電源的續流均充功能，避免過充電導致的電池鼓脹。
通過以上對電池充電參數的修改，主要是在滿足對蓄電池充足電的情況下，避免開關電源對膠體電池過充電。
另一方面，為了防止安全閥的質量問題導致的排氣不暢，應注意日常巡檢中加強對安全閥的檢查，同時要求電池廠家進一步改進安全閥的質量檢測和製造工藝，確保全全閥在達到開閥值後能正常開閥排氣。
通過以上處理，經過一段時間的觀察，膠體電池未再出現殼體鼓脹現象，運行處於正常狀態。
性能特點
1、氣相二氧化矽配製優質膠體，電解液分布均勻，不存在酸液分層現象。
2、電解液呈凝膠固定狀態，不流動、無漏液、使極板各部分反應均勻。
3、採用緊裝配技術，具有優良的高率放電性能。
4、過量電解液，電池熱容量大，熱消散能力強，工作溫度範圍寬。
5、全部採用高純原材料，電池自放電極小。
6、採用氣體再化合技術，電池具有極高的密封反應效率，無酸霧析出，安全環保，無污染。
7、採用特殊的設計和高可靠的密封技術，確保電池密封，使用安全、可靠。
(1) 延緩了緻密PbSO4結晶層的形成，以及其對負極板表面的覆蓋，提高電池低溫性能；
(2) 降低電流密度，獲得結合牢固的二氧化鉛，延緩極板的軟化和脫落；提高電池深循環能力；
膠體收縮形成的微裂隙，使氧能夠以氣相形式從正極擴散到負極實現氧的再化合，提高氧複合效率，減小水損耗。
膠體電解質不降低電池容量，在電池原來的基礎上可以使其壽命提高50%以上。
非常純淨的氣相二氧化矽，不存在影響蓄電池性能的物質，表面活性高，凝膠力強。
穩定劑可以增加體系粘度，消除膠體電解質的水化分層，延緩凝膠時間。
正負極電壓抑制劑：減少正負極的析氫和析氧。
灌注工藝簡單，可以用普通加酸機直接灌注，不需要對電池極板進行處理。
(3)每隻增加成本遠低於因容量衰減等問題的退貨損失，也可極大的提高市場口碑。
使用方法
步驟 1：先調好比重1.350（25度）稀硫酸200公斤，含一定添加劑。
2：取10公斤原膠，加入適量1.350（25度）稀硫酸，攪拌成糊狀之後放入高速攪拌機攪拌10-15分鐘，攪拌後混合液呈乳白色液體。
3：將乳白色混合液加入調好的1.350（25度）稀硫酸中，攪拌後電解液比重約為1.335（25度）攪拌均勻。
4：按正常加酸步驟加入電池，充電工藝不需調整，如是手工加酸則注意攪拌混合液防止分層
註：膠體電解液會有一定沉澱現象，使用之前注意攪拌均勻。
電解液中原膠含量為5%-6%。
套用範圍
2、發電廠及輸變電系統；
3、太陽能和風力發電系統
4、信號系統和緊急照明系統
5、EPS和UPS系統
維護方法
清潔
經常保持蓄電池外表及工作環境清潔、乾燥狀態。
蓄電池的清潔應避免產生靜電；
用濕布清潔蓄電池，禁止使用汽油、酒精等有機溶劑，也不要使用含這些物質的布抹電池。
檢查與維護
為了了解電池和設備的運行狀況和防止檢查過程中電池意外損壞，機房UPS系統蓄電池、基站（包括室外MBO）和光纜無人站UPS系統的蓄電池維護作業項目及周期按下列方法定期檢查電池並做記錄。
1）.在進行蓄電池檢測時要遵循“查隱患、保全全”的原則；
2）.要嚴格按照作業計畫執行蓄電池的日常維護作業項目和性能分析。
3）.嚴格遵循維護規程和蓄電池相關要求進行蓄電池的參數設定和相關操作。
4）.做好安全防護工作，要戴好絕緣手套，並將金屬工具進行絕緣處理。
5）.使用符合檢測要求的工具、儀表。
6）.物理性檢查項目
(1)檢查極柱、連線條是否清潔，有否氧化或腐蝕現象，如情況嚴重，應作清潔及降阻處理。
(2)檢查連線處有無鬆動，如有，應緊固。
(3)檢查蓄電池極柱有否爬酸、漏液，安全閥周圍是否有酸液逸出。
(4)檢查蓄電池殼體有無損傷、滲漏和變形，極柱有無損傷、變形。
(5)檢查蓄電池及連線處溫升有無異常。
7）相關參數設定的檢查和調整
(1)根據蓄電池的技術參數和現場環境條件，檢查蓄電池的浮充、均充電壓、浮充電流是否正常，發現異常及時處理。
(2)檢測蓄電池組的充電限流值設定是否正確，發現異常，及時調整。
(3)檢測蓄電池組的告警電壓（低壓告警、高壓告警）設定是否正確，發現異常，及時調整。
(4)如設有蓄電池組脫離負載裝置，應檢測蓄電池組脫離電壓設定是否準確，發現異常，及時調整。
