鉛酸蓄電池是國民經濟的重要組成部分，也是與工業、交通、通信、金融、國防軍工、航海航天、新能源儲能等和人民日常生活等方面息息相關的一個行業。

根據2020年的數據，鉛酸蓄電池行業總產值達到1980億，并且中國是全球最大的鉛酸蓄電池對外貿易國，產品遍布美國、歐洲、非洲及中東等國家和地區^[1]。

今天主要介紹的是鉛酸蓄電池的中的一類——膠體電池。

膠體鉛酸蓄電池是對液態電解質的普通鉛酸蓄電池的改進，用膠體電解液代換了硫酸電解液，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。

膠體鉛酸蓄電池采用凝膠狀電解質，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。

更重要的是，膠體蓄電池不需要補充水，并且壽命長。

作為膠體鉛酸蓄電池最重要的組成部分之一的膠體電解液，會使用到大量的氣相二氧化硅。

氣相二氧化硅的生膠原理

二氧化硅通過氫鍵聚集成大分子團，流體的黏度逐漸增加從而轉變成膠，最終形成三維網狀結構的膠體，電解液被包圍在網中間。

形成的膠體有很強的觸變性，在外力作用下，大分子團會被剪切成小分子團，黏度下降；當膠液靜置時，顆粒之間通過氫鍵聚合，黏度上升，重新形成三維網絡結構。

這種觸變性對硅凝膠進入電池的過程非常重要，使得由氣象二氧化硅制作的膠體電池有了優異的電氣性能。

膠體電池內的氣體再化合

當電流通過一個充滿電的傳統鉛酸電池時，水的電解作用從負極產生氫，從正極產生氧。這意味著水從電池中流失，所以傳統的蓄電池需要定期補充水。

然而，由于氧氣和氫氣不是同時釋放的（因為正極的充電效率不如負極），氧氣產生時，負極上還存在著大量的高活性海綿狀鉛。

膠體電池在充電過程中，電解液硫酸的濃度升高，電解質凝膠收縮，并隨之形成如毛細血管一樣的裂紋，這為氧氣擴散到負極打開了通道。

氧氣在負極上與氫離子反應發生電化學還原，最終產物是水，這樣水就不會從電池中流失。

通過對電池組件的精心設計和選擇，使氣體再化合效率達到95%甚至更高^[2]。

如何選擇合適的氣相二氧化硅

氣相二氧化硅粒徑越小，比表面積越大，越容易凝聚，凝聚速度越快，形成的凝膠強度大，彈性和觸變性能越好。但是如果粒徑過小，凝膠速度過快，觸變性會變差，容易水化分層^[3]。

相反，氣相二氧化硅粒徑越大，表面活性小，形成結構不穩定，被破壞后會慢慢恢復，所以凝膠的觸變性較好；但粒徑不宜過大，粒徑過大時結構形成緩慢甚至不凝膠^[4]。所以選用粒徑在10~40nm的氣相二氧化硅為最佳^[5]。

其次，選擇的氣相二氧化硅中，如果二氧化硅含量較低，不能形成結構網絡，或者結構不牢固，不能將硫酸和水分子包裹在其中，切稀后難復凝，因此需要選用高純度的氣相二氧化硅。