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1、1一、 科研训练内容（所开展科研课题的意义与内容简介）所开展的课题和意义：胶体铅酸蓄电池是对液态电解质的普通铅酸蓄电池的改进，用胶体电解液代换了硫酸电解液，在安全性、蓄电量、放电性能和使用寿命等方面较普通电池有所改善。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，在存在电解液分层现象。 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
2、大电流放电能力强，有过充电及过放电自我保护等优点。 内容简介：气相二氧化硅是一种白色无味的超细粉体材料, 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。以气相 SiO2 为原料,通过高速搅拌,将气相 SiO2 分散到水中,使溶液的黏度达到一定的数值,即成硅溶胶。黏度越小、SiO 2 含量越高的硅溶胶,品质越好。制备胶体电解液时,先要计算出所需要的硅溶胶量和硫酸溶液量;将硅溶胶和硫酸混合搅拌后,在出现凝胶之前注入电池,然后进行凝胶。采用这种方法制备的胶体电解质,具有黏度小、操作和贮存比较简单、混合工艺和凝胶时间容易控制、溶胶中 SiO2 含
3、量高等优点。将气相 SiO2 直接加到 H2SO4 电解液中,经搅拌后,也可以制得胶体电解液。按照电池中胶酸含量设计要求计算每单格所需加入的硫酸及硅溶胶体积: 由于胶体电解质铅酸蓄电池是利用硅溶胶产生的聚合反应所形成的网络包裹硫酸电解质实现电池密封, 凝胶体是连续三维的网状结构, 如果 SiO2含量太高, 生成的网状结构太多, 表现为胶体电解质发干、发硬、弹性差, 如果 SiO2 含量太低, 生成的网络结构很少, 表现为不凝胶或凝胶很弱, 所以胶体蓄电池中的酸含量及胶含量要合适。然后将电池加入硫酸后静置一段时间: 让硫酸充分浸透极板和隔板, 同时也让电池的温度降下来。静置后对电池进行放电: 放
4、电电流不能太大, 减少高浓度酸液对极板的腐蚀作用。电池放电结束加入定量硅溶胶后对电池进行初充电。初充电结束后, 我们对电池进行容量、循环、自放电性能测试。此次实验配制含硫酸、硫酸亚锡、无水碳酸钠一定比例的电解液。将配置好的电解液注入到生产好的电池中，化成。胶体灌注的方法多种多样, 常用的有直接灌入法、酸置换法等。本次试验采用的是直接灌入法，然后抽真空使胶2混入。将化成电池放到蓝电电池测试系统中进行充放电循环。测试加胶后电池的容量变化，循环一定的次数后，将电池解剖，观察电池中胶的分布，测定胶中酸的含量。3二、 该科研课题的国内外发展现状简介、课题目的及相关参考文献1、 课题的国内外发展现状简介从
5、 20 世纪 20 年代美国人开始研究胶体电池,到 1996 年德国阳光公司(Sonennschein) 才真正实现了胶体电池的产业化。之后出现了一批著名的生产厂家, 首推德国的阳光公司, 还有美国的 GlobeUnion ( 现为 Johnson Controls ) 、East penn、C&D、Trojan , 欧洲的 Varta 、HAGEN、Tudor 、Oldham(Hawker) 、FIAMM、韩国的 Global Yuasa 公司, 他们的胶体电池质量好, 品种多 , 并且各有特色 。美国的 Trojan 公司目前年产 12 V30100 Ah 电池 30 万只, 预计 200
6、5 年将达到 36 万只; 欧洲的胶体电池以 2 V 管式较多,主要应用于船舶、坦克、装甲车等; 韩国则生产 2 V 系列管式阀控胶体电池, 主要应用于电信行业。中国对胶体电池的研究始于五六十年代, 在 80 年代末90 年代初达到了高潮, 近几年更是得到了快速的发展, 也先后出现了苏州斯派特公司、浙江超威、江苏双登富思特、深圳三威、深圳瑞达等厂家, 但总体来说生产技术还不太成熟, 胶体电池仅作为其中的一种新产品在进行生产, 还不能大批量替代原来的铅酸电池。胶体电池在国内有很大的发展空间, 蕴藏着巨大的潜力。随着开发工作的进一步深入, 技术水平的逐渐提高, 生产工艺的日渐成熟, 预计在未来的
7、5 年内胶体电池的份额将占到整个蓄电池的 30 % ,而且还将以每年 15 %的速度递增,这在一定程度也拉动了对气相二氧化硅的需求。据不完全统计,2004 年胶体电池行业对 HL2200B 型气相二氧化硅的需求量在 800 t 左右, 在未来需求量将有大幅度的增加, 2007 年可望达到 1 500 t 左右。广州吉必时公司生产的HL2200B 气相二氧化硅经多家胶体电池厂使用, 效果良好, 完全达到了进口产品的水平, 得到了用户的一致好评。2、课题目的： 要向电池中尽可能多加入更多的 SiO2 胶体； 加入的胶体要与电池中酸混合； 加胶后电池初期容量测试基本不下降； 电池倒置不能有多余酸流出
8、。 电池解剖后极群组应该被比较硬的胶体包围。43、参考文献：1 邓小梅；衣守忠；陈白珍；余红萍；胶体蓄电池加胶工艺的研究J；蓄电池2005 年第1 期2 马伯岩;胶体电解液特性的研究进展J Battery Bimonthly (电池) , 2007 , 37(5) :407 4083王景川. 胶体蓄电池及其电解质中的气相二氧化硅J . 蓄电池, 2002 (2) :65.4 F. Kramm , Field experiences with VRLA2gel2batteries in stationary applications over a period of more than 20 y
9、ears J Telecommunications EnergyConference ,2001. INTELEC2001. Twenty2Third International , Oct. 2001 , 603607.5 郭志刚等. 胶体的制备、灌注与电池结构及性能的关系J . 蓄电池, 1998 (1) : 69.6 夏朝阳. 胶体电池的研究J , 国际电池, 2005.10 : 74.7 陈红雨, 朱绍勇, 梁少莺. 硅溶胶与气相二氧化硅配制胶体电解质的研究J . 蓄电池, 2002 (1) : 5.8 邓小梅, 陈白珍. 胶体电解质性能研究及其在铅蓄电池中的应用J . 蓄电池, 20
10、05 (3) : 112.9 J . A. Wertz and T. J . Clough , Development of advanced lead acid batteries for electric vehicles J , Battery Conference on Applications and Advances , 2000. The Fifteenth Annual , Jan. 2000 , 7782.10吴寿松. 胶体铅蓄电池的现状及前景J . 蓄电池,1996 (1) : 1518.5三、 科研训练过程中的实验结果、初步结论与后续工作的展望图一、电池电解液质量为 23
11、0g 正面图二、电池电解液质量为 270g 正面61、实验结果及初步结论： 质量分数越高、含胶量越多，但流动性差。当胶含量为 17%时，若液体不处于搅拌中将立即凝胶，因此选用 15%含胶量 新化成的电池正常循环几次后，往充足电的电池的 3 格单格中分别添加胶含量为 15% 8ml、12ml 、16ml，胶加入电池后立即真空抽酸，解剖电池后发现（图一图二） ，加入的胶体和已经和硫酸充分混合没多余电解液，胶主要覆盖在极群组顶部和上部，下部几乎没，且胶较硬，随着胶量增多，顶部胶增多 无水碳酸钠标定胶中酸含量，取电池中的硅胶固体，用一定量的水浸泡后得到硅胶、水、硫酸的混合液。将得到的浑浊液用酚酞作指示
12、剂，配制好的标准 0.1003mol/L 的 Na2CO3 滴定。最终可知在电池的顶部的到的硅胶中的含酸量比电池上中下不的酸含量要少。且由上至下含酸量依次减少。发现下部酸量大，酸与胶混匀2、后续工作展望： 改变加胶方式使其能包覆整个极群组； 采用的胶体是 SiO2 H2O,这样会有更好的流动性，但是胶体与酸混合，必然消耗了一部分极群组中酸，电池容量有可能有些下降；是否可以胶体中含低浓度的酸，而流动性不会迅速变差，不会影响灌酸过程； 由抽真空办法使胶与酸混合，真空度和时间的确定？真空度太低，混合不好，真空度太高有可能酸回不到极群组中，造成局部缺液； 电池测试和加胶过程要尽量模拟电池内化成过程； 试往胶液中添加低浓度酸，尽可能使电池的容量不发生改变7四、 实习出勤情况（40 学时：涵盖文献阅读、准备、实验、数据整理、总结报告等全过程） （全勤、缺勤次数等）五、 指导教师简要评语六、 科研综合能力评分（由指导教师，5 分制）指导教师签字：日期
