胶体蓄电池
中文名：胶体蓄电池
采 用：凝胶状电解质
特 点：内部无游离液体存在
优 点：可靠性高，使用寿命长
原生粒径：在7～40nm 之间
1基本简介
胶体铅酸蓄电池采用凝胶状电解质，内部无游离液体存在，在同等体积下电解质容量大，热容量大，热消散能力强，能避免一般蓄电池易产生热失控现象；电解质浓度低，对极板的腐蚀作用弱；浓度均匀，不存在电解液分层现象。
2工作原理
胶体蓄电池
胶体铅酸蓄电池的性能优于阀控密封铅酸蓄电池，胶体铅酸蓄电池具有使用性能稳定，可靠性高，使用寿命长，对环境温度的适应能力（高、低温）强，承受长时间放电能力、循环放电能力、深度放电及大电流放电能力强，有过充电及过放电自我保护等优点。
用于电动自行车的国产胶体铅酸蓄电池是在AGM隔板中通过真空灌注，把硅胶和硫酸溶液灌到蓄电池正、负极板之间。胶体铅酸蓄电池在使用初期无法进行氧循环，这是因为胶体把正、负极板都包围起来了，正极板上面产生的氧气无法扩散到负极板，无法实现与负极板上的活性物质铅还原，只能由排气阀排出，与富液式蓄电池一致。
胶体铅酸蓄电池使用一段时间后胶体开始干裂和收缩，产生裂缝，氧气通过裂缝直接到负极板进行氧循环。排气阀就不再经常开启，胶体铅酸蓄电池接近于密封工作，失水很少。所以针对电动自行车蓄电池主要失效是失水机理，采用胶体铅酸蓄电池可获得非常好的效果。胶体电解质是通过在电解液中加入凝胶剂将硫酸电解液凝固成胶状物质，通常胶体电解液中还加有胶体稳定剂和增容剂，有些胶体配方中还加有延缓胶体凝固和延缓剂，以便于胶体加注。
3相关信息
气相二氧化硅
胶体蓄电池凝胶剂为气相二氧化硅，气相法二氧化硅是一种高纯度白色无味的纳米粉体材料，具有增稠、抗结块、控制体系流变和触变等作用，除传统的应用外，近几年在胶体蓄电池中得到了广泛的应用。
气相法二氧化硅是硅的卤化物在氢氧火焰中高温水解生成的纳米级白色粉末，俗称气相法白炭黑，它是一种无定形二氧化硅产品，原生粒径在7～40nm 之间，聚集体粒径约为200—500纳米，比表面积100～400m2/g，纯度高，SiO2含量不小于99.8%。表面未处理的气相二氧化硅聚集体是含有多种硅羟基，一是孤立的、未受干扰的自由羟基；二是连生、彼此形成氢键的键合硅羟基。表面未处理的气相法白炭黑聚集体是含有多个-OH的集合体，它们在液体体系中极易形成均匀的三维网状结构(氢键)。这种三维网状结构(氢键)有外力(剪切力、电场力等)时会破坏，介质变稀，粘度下降，外力一旦消失，三维结构(氢键)会自行恢复，粘度上升，即这种触变性是可逆的。
气相二氧化硅在胶体蓄电池中主要是利用其优异的增稠触变性能. 胶体电解质由气相二氧化硅和一定浓度的硫酸溶液按一定的比例配置而成，这种电解液中的硫酸和水被“存贮”在硅凝胶网络中，呈“软固态状凝胶”，静止不动时显固态状。当电池被充电时，由于电解质中的硫酸浓度增加使之“增稠”并伴有裂隙产生，充电后期的“电解水”反应使正极产生的氧气通过这无数的裂隙被负极所吸收，并进一步还原成水，从而实现蓄电池密封循环反应。放电时电解质中的硫酸浓度降低使之“变稀”，又成为灌注电池前的稀胶状态。因此，胶体电池具有“免维护” 的作用。 国内外基本采用气相法二氧化硅是德固赛公司AEROSIL 200。
胶体蓄电池优异特性
1、可以明显延长蓄电池的使用寿命。根据有关文献，可以延长蓄电池寿命2-3倍。
2、胶体铅酸蓄电池的自放电性能得到明显改善，在同样的硫酸纯度和水质情况下，蓄电池的存放时间可以延长2倍以上。
3、胶体铅酸蓄电池在严重缺电的情况下，抗硫化性能很明显。
4、胶体铅酸蓄电池在严重放电情况下的恢复能力强。
5、胶体铅酸蓄电池抗过充能力强，通过对两只铅酸蓄电池（一只胶体铅酸蓄电池，一只阀控密封铅酸蓄电池）同样反复进行数次过充电试验，胶体铅酸蓄电池容量下降得较慢，而阀控密封铅酸蓄电池因为耗水过快，其容量下降显著。
6、胶体铅酸蓄电池后期放电性能得到明显改善。
4工作原理
不论是采用玻璃纤维隔膜的阀控式密封铅蓄电池(以下简称AGM密封铅蓄电池)还是采用胶体电解液的阀控式密封铅蓄电池(以下简称胶体密封铅蓄电池)，它们都是利用阴极吸收原理使电池得以密封的。
电池充电时，正极会析出氧气，负极会析出氢气。正极析氧是在正极充电量达到70%时就开始了。
析出的氧到达负极，跟负极起下述反应，达到阴极吸收的目的。
2Pb十O2=2PbO
2PbO十2H2SO4：2PbS04+2H20
负极析氢则要在充电到90%时开始，再加上氧在负极上的还原作用及负极本身氢过电位的提高，从而避免了大量析氢反应。
对AGM密封铅蓄电池而言，AGM隔膜中虽然保持了电池的大部分电解液，但必须使10%的隔膜孔隙中不进入电解液。正极生成的氧就是通过这部分孔隙到达负极而被负极吸收的。
胶体电解液的主要成份为一种粒径近乎于纳米级的功能化合物，流变性较好，容易实施对铅蓄电池的配液灌装。胶体电解液进入蓄电池内部或充电若干小时后，会逐渐发生胶凝，使液态电解质转态为胶状物，胶体中添加有多种表面活性剂，有助于灌装蓄电池前抗胶凝，而且有助于灌装蓄电池后防止极板硫酸盐化，减小对板栅的腐蚀，提高极板活性物质的反应利用率。
5鼓胀分析
胶体电池的电解液是以胶状凝固在电池极群正、负极板和隔板之间，使电解液不流动，具有高温环境下循环使用可靠性高、充电效率高、使用寿命长等优点，同时在节能、减少污染方面也具有显著的优势。
在维护实践中发现，胶体电池在安装使用约半年后，个别胶体电池壳体鼓胀情况非常严重：电池的侧壁和壳盖均有不同程度的鼓胀；安全阀处漏液非常明显，电池盖面的酸液痕迹分布基本上以安全阀为中心呈“喷射”状；电池漏液造成电池仓仓体被锈蚀；安全阀口裂纹。
从维护记录和现场的情况分析，造成这一现象的原因主要有以下几个方面：
一、安全阀对外排气不畅。安全阀具有调整电池内部气压的作用，正常情况下应能够及时释放内部气体。胶体电池在使用初期，由于电池内部的电解液比较“富裕”，充电过程中的气体析出量大。如果安全阀出现问题使排气不畅，当电池在充电过程中的气体析出量大到一定程度时，就会因“胀气”导致壳体鼓胀，甚至出现安全阀口开裂。
二、开关电源系统的蓄电池管理程序芯片参数设计与胶体电池的使用特性不符。通过对比鼓胀电池站点开关电源参数设置和未鼓胀电池站点开关电源参数设置，发现蓄电池鼓胀站点的开关电源厂家为了让蓄电池充饱一些，设计了续流均充功能（即充电完成后再用小电流继续给蓄电池充电）。当电池的均充电流降到10mA/Ah的转换条件时，均充没能转换到浮充程序，而还要进行续流均充（在高温环境下续流阶段均充的电流有可能还会反弹上升，续流均充的时间一般为4～10小时）。加之室外型基站供电条件恶劣，停电频繁，势必造成开关电源每次均充都对电池过充电，也加速电池电极的腐蚀速率和电池的失水，电池内温度极高导致电池发生壳体鼓胀。
三、胶体电池仓温度传感线没有被接入，导致温度达到40℃时系统无法实现从均充到浮充的转换。在高温环境下，温度补偿功能的失效，实际上就是提高了电池组总的浮充电压，这直接导致电池的末期充电电流不能降低，反而会使充电电流成倍数增高，并持续影响电池内部析气和发热，从而加剧胶体电解液水的电解，引起电池鼓胀。
四、电池通风条件差。电池柜的设计由于充分考虑防盗安全性，而导致电池组的通风和自然散热能力差，电池组在充电过程中产生的温度得不到及时扩散，这也对电池发生壳体鼓胀产生一定影响。
6优势
蓄电池从结构上分为普通和胶体两种，后者又称为免维护蓄电池。胶体电池最简单的做法是在硫酸中添加胶凝剂，是硫酸电液呈胶态。电液呈胶态的电池通常称之为胶体电池。胶体电池与常规铅酸电池的区别不仅仅在于电液改为胶凝状。例如非凝固态的水性胶体，从电化学分类结构和特性看同属胶体电池。又如板栅中解分高分子材料，俗称陶瓷板栅，亦可视作胶体电池的应用特色。
胶体电池和普通蓄电池最大的区别是普通蓄电池的顶部有一组加水口，在选购时一定要仔细观察，因为有的厂商用一个精致的塑料盖把加水口挡住。胶体蓄电池的顶部有一个观察孔，孔内的颜色表示蓄电池的状态，绿色表示正常，黑色表示亏电，白色表示蓄电池已损坏，应尽快更换。
胶体电池主要优点：质量高，循环寿命长。胶体电解质可对极板周围形成固态保护层，保护极板避免因震动或碰撞而产生损坏，破裂，防止极板被腐蚀，同时也减少了蓄电池在大负荷使用时产生极板弯曲和极板间的短路，不至于导致容量下降，具有很好的物理及化学保护作用，是普通铅酸电池寿命的两倍。
使用安全，利于环保，属于真正意义上的绿色电源。胶体电池的电解质呈固态，密封结构，凝胶电解液，永不漏液，使电池内每一部位的比重保持一致。使用特殊的钙铅锡合金板栅，更耐腐蚀，充电接受能力更好。采用超高强度隔板避免短路的产生。 进口优质安全阀，精确阀控调节压力。装备了过滤酸雾隔爆装置，更安全可靠。使用时无酸雾气体析出，无电解质外溢，生产过程中不含对人体有害元素，无毒，无污染，避免了传统铅酸电池在使用过程中电解质大量外溢渗透。浮充电流小，电池发热量少，电解液不发生酸分层。
深放电循环性能好。电池深放电后再及时补充电的情况下容量能100%得到回充，能迎合高频率、深程度放电的需要，因此其使用范围比铅酸蓄电池更广泛。
自放电小，深放电性能好，充电接受能力强，上下电位差小，电容量大。在低温启动能力，荷电保持能力，电解液保持能力，循环耐久能力，耐震动性能，耐温变性能等方面有显着提高。在20℃室温下储存2年，无需充电即可投入运行。
适应环境（温度）广泛。可在-40℃--65℃的温度范围内使用，尤其低温性能好，适用于北方高寒地区。抗震性能好，能在各种恶劣的环境下安全使用。不受空间限制，使用时可任意方位放置。
使用快捷方便，由于单体电池的内阻、容量、浮充电压一致性好，因此无需均衡充电，也无需经常维护。
7解决办法
一、为了缩短均充时间，避免过充引起的电池鼓胀，重新设置均浮充转换条件，把原设定电流值10mA/Ah作为均充转换条件更改为当电流值下降到20mA/Ah时系统即自动转换为浮充运行。
二、把开关电源的温度传感器接到电池柜，使得开关电源的浮充电压能随环境温度进行调整。增加过温保护，当温度达到40℃时系统自动转换为浮充运行，避免持续的大电流充电导致的电池鼓胀。
三、为了防止电池过充，缩短均充保护时间，将均充保护时间由18小时改为10小时（均充保护时间的设置是为防止电池热失控，当均充电流无法降到设置的均浮充转换电流值时，在规定时间内系统强制转为浮充）。
四、延长定时均充周期，避免过频的大电流均充。将定时均充周期原设定值100天更改为180天。
五、取消开关电源的续流均充功能，避免过充电导致的电池鼓胀。
通过以上对电池充电参数的修改，主要是在满足对蓄电池充足电的情况下，避免开关电源对胶体电池过充电。
另一方面，为了防止安全阀的质量问题导致的排气不畅，应注意日常巡检中加强对安全阀的检查，同时要求电池厂家进一步改进安全阀的质量检测和制造工艺，确保安全阀在达到开阀值后能正常开阀排气。
通过以上处理，经过一段时间的观察，胶体电池未再出现壳体鼓胀现象，运行处于正常状态。
8性能特点
1、气相二氧化硅配制优质胶体，电解液分布均匀，不存在酸液分层现象。
2、电解液呈凝胶固定状态，不流动、无漏液、使极板各部分反应均匀。
3、采用紧装配技术，具有优良的高率放电性能。
4、过量电解液，电池热容量大，热消散能力强，工作温度范围宽。
5、全部采用高纯原材料，电池自放电极小。
6、采用气体再化合技术，电池具有极高的密封反应效率，无酸雾析出，安全环保，无污染。
7、采用特殊的设计和高可靠的密封技术，确保电池密封，使用安全、可靠。
(1) 延缓了致密PbSO4结晶层的形成，以及其对负极板表面的覆盖，提高电池低温性能；
(2) 降低电流密度，获得结合牢固的二氧化铅，延缓极板的软化和脱落；提高电池深循环能力；
胶体收缩形成的微裂隙，使氧能够以气相形式从正极扩散到负极实现氧的再化合，提高氧复合效率，减小水损耗。
胶体电解质不降低电池容量，在电池原来的基础上可以使其寿命提高50%以上。
非常纯净的气相二氧化硅，不存在影响蓄电池性能的物质，表面活性高，凝胶力强。
稳定剂可以增加体系粘度，消除胶体电解质的水化分层，延缓凝胶时间。
正负极电压抑制剂：减少正负极的析氢和析氧。
灌注工艺简单，可以用普通加酸机直接灌注，不需要对电池极板进行处理。
(3)每只增加成本远低于因容量衰减等问题的退货损失，也可极大的提高市场口碑。
9使用方法
步骤 1：先调好比重1.350（25度）稀硫酸200公斤，含一定添加剂。
2：取10公斤原胶，加入适量1.350（25度）稀硫酸，搅拌成糊状之后放入高速搅拌机搅拌10-15分钟，搅拌后混合液呈乳白色液体。
3：将乳白色混合液加入调好的1.350（25度）稀硫酸中，搅拌后电解液比重约为1.335（25度）搅拌均匀。
4：按正常加酸步骤加入电池，充电工艺不需调整，如是手工加酸则注意搅拌混合液防止分层
注：胶体电解液会有一定沉淀现象，使用之前注意搅拌均匀。
电解液中原胶含量为5%-6%。
10应用范围
1、通信系统：交换机、微波站、移动基站、数据中心、无线电及广播台站。
2、发电厂及输变电系统；
3、太阳能和风力发电系统
4、信号系统和紧急照明系统
5、EPS和UPS系统
11维护方法
清洁
经常保持蓄电池外表及工作环境清洁、干燥状态。
蓄电池的清洁应避免产生静电；
用湿布清洁蓄电池，禁止使用汽油、酒精等有机溶剂，也不要使用含这些物质的布抹电池。
检查与维护
为了了解电池和设备的运行状况和防止检查过程中电池意外损坏，机房UPS系统蓄电池、基站（包括室外MBO）和光缆无人站UPS系统的蓄电池维护作业项目及周期按下列方法定期检查电池并做记录。
1）.在进行蓄电池检测时要遵循“查隐患、保安全”的原则；
2）.要严格按照作业计划执行蓄电池的日常维护作业项目和性能分析。
3）.严格遵循维护规程和蓄电池相关要求进行蓄电池的参数设置和相关操作。
4）.做好安全防护工作，要戴好绝缘手套，并将金属工具进行绝缘处理。
5）.使用符合检测要求的工具、仪表。
6）.物理性检查项目
(1)检查极柱、连接条是否清洁，有否氧化或腐蚀现象，如情况严重，应作清洁及降阻处理。
(2)检查连接处有无松动，如有，应紧固。
(3)检查蓄电池极柱有否爬酸、漏液，安全阀周围是否有酸液逸出。
(4)检查蓄电池壳体有无损伤、渗漏和变形，极柱有无损伤、变形。
(5)检查蓄电池及连接处温升有无异常。
7）相关参数设置的检查和调整
(1)根据蓄电池的技术参数和现场环境条件，检查蓄电池的浮充、均充电压、浮充电流是否正常，发现异常及时处理。
(2)检测蓄电池组的充电限流值设置是否正确，发现异常，及时调整。
(3)检测蓄电池组的告警电压（低压告警、高压告警）设置是否正确，发现异常，及时调整。
(4)如设有蓄电池组脱离负载装置，应检测蓄电池组脱离电压设置是否准确，发现异常，及时调整。
