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現代生活離不開電池，可以說電池技術改變了整個世界。其中，鉛酸蓄電池已歷經160余年而不衰，并且牢牢占據二次電池的大半壁江山，是世界上產量最大、使用范圍最廣的一種化學電源。

鉛酸電池之所以達到這樣的市場占有率，除了其技術成熟、廉格低價、安全性高等傳統的突出優點外，也與它在競爭中發展的許多新技術密切相關。比如說膠體蓄電池就是在傳統的鉛酸蓄電池基礎上發展起來的一種新型電池，又稱“免維護蓄電池”，具備不污染環境、自放電小、耐震動性能好、耐超高溫、耐超低溫、電池性能穩定等優點。

氣相二氧化硅

在膠體蓄電池中，有一種添加劑被大量使用，那就是“氣相二氧化硅”。氣相二氧化硅是一種白色無味的超細粉體材料，具有增稠、抗結塊、控制體系流變和觸變等作用，是一種應用相當廣泛的無機粉體材料，那它在膠體蓄電池中具體起到些什么作用呢？

關于膠體蓄電池

早在1957年，德國的Sonennschein公司就首度將氣相二氧化硅添加到H₂SO₄中，發明了讓電解質固定的膠體密封鉛酸蓄電池，并在1996年時真正實現了膠體電池的產業化。

膠體鉛酸蓄電池與液態電解質的普通鉛酸蓄電池相比，用膠體電解液代換了硫酸電解液，內部無游離液體存在，在同等體積下電解質容量大，熱容量大，熱消散能力強，能避免一般蓄電池易產生熱失控現象；電解質濃度低，對極板的腐蝕作用弱；濃度均勻，不存在電解液分層現象，在安全性、蓄電量、放電性能和使用壽命等方面較普通電池有所改善。

隨著開發工作的進一步深入，技術水平的逐漸提高，生產工藝的日漸成熟，預計在未來的5年內膠體電池的份額將占到整個蓄電池的30%，而且還將以每年15%的速度遞增，這在一定程度也拉動了對氣相二氧化硅的需求。

二氧化硅在膠體蓄電池中的作用

氣相二氧化硅以SiCl₄為原料，將SiCl₄與一定量的H₂和O₂（或空氣）在1800℃的條件下進行氣相水解，生成納米級的氣相SiO2原生粒子，俗稱氣相法白炭黑。

氣相二氧化硅生產示意圖

高表面能的原生粒子SiO₂可通過氫鍵、靜電相互作用與≡Si-O-Si≡鍵發生橋聯作用進行聚集，高溫條件下原生粒子相互碰撞、粘附和熔結形成相對穩定且尺寸為100~500 nm的聚集體，最終氣相SiO₂的形貌、性能以及其應用中表現出來的性質就由這些聚集體結構來決定；這些聚集體分散到水中，又通過分子間氫鍵、靜電相互作用和極性作用形成疏松的、尺寸大于1μm的不太穩定的附聚集體，也就是凝膠過程，如下圖所示。這些附聚體經過剪切、分散，SiO₂粒子能夠被破壞并回到聚集體狀態，這個過程就是氣相SiO₂的觸變特性。

氣相二氧化硅凝膠后的結構示意圖

氣相二氧化硅在膠體蓄電池中主要就是利用它這種優異的增稠觸變性能，示意圖如下。膠體電解質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”在硅凝膠網絡中，呈“軟固態狀凝膠”，靜止不動時顯固狀態。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。

氣相二氧化硅增稠觸變示意圖

總之，鉛酸蓄電池市場依然廣闊，隨著應用技術的突破和價格的降低，氣相二氧化硅必能憑借上述優勢在膠體蓄電池中得到更廣泛的應用。

資料來源：

氣相二氧化硅在膠體蓄電池中的應用，龍成坤，劉莉，段先健，王躍林。

粉體圈NANA整理