上述制造胶体电池的厂家在生产胶体电解质时都无一例外的使用气相SiO2。气相SiO2 ,俗名“白炭黑”,有亲水型和疏水型之分,胶体电解质只能用前者。气相SiO2 ,是德国Degussa公司于1940年发明的,称爱罗沙(Aerosil)。气相SiO2是由SiCl4在高温下汽化并通过H2和O2的燃烧水解而成。

　　粒度分布的测定很复杂,德国DIN 53580的筛网残留量法很符合工厂使用,简单实用,结果可信。几年前,国内的上海硅酸盐所还能做一个仅供参考的粒度分布曲线。现在由于设备问题已不能做了。

　　在备用电源的阀控电池领域,胶体电池的产品设计思路已经自成体系。AGM电池的“核心技术”是玻纤隔膜,电池的性能在很大程度上取决于它的品质和使用设计;胶体电池的“核心技术”是制胶工艺,各厂胶体电解质的配方尽管有异,但满足胶体电池性能技术指标的制胶工艺和工业化生产及与其相适应的产品设计却各有千秋。通俗点说,现在的做法是一个比一个聪明!笔者近几年先后访问了Sonennschein , HAGEN , FIAMM, East penn , Trojan等当代生产胶体电池的主要工厂并同韩国电池(K.S.B. )的同行进行过交流,感悟颇深。上述厂家的制胶工艺尽管各具特色,但技术进步,后来居上已是不可逆转的了,这就是科学技术发展的规律。美国的胶体电池主要是用于电信市场的涂膏式极板12 V系列,其循环耐久力远优于同类型的欧洲产品,见图1。曲线是美国East penn的12 V胶体电池;曲线是其他几个国家的同类型胶体电池;曲线是AGM电池。

　　胶体电解质恰恰需要这种“活性”。这种“活性”在蓄电池中的直观表现为,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”反应使正极先产生的氧是通过这无数的裂隙被负极所吸收,并进一步还原成水,从而完成了氧的循环。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(王老先生这句话误导了不少人呀！！)。作为备用电源的电池,其健康一生的90 % (甚至于还多!)都是处于充电状态。由于伴随着正反应的进行要发生副反应,而阀控电池(无论是AGM还是胶体电池)的精髓就是在技术上解决了对副反应的控制(开口的淹没式电池无法控制副反应)。在蓄电池健康一生的运行中,由于胶体电解质的结构和组成决定了它无电解液分层现象,失水极少。因此, AGM和胶体电池在控制副反应这一阀控电池核心技术方面,胶体电池技术比AGM电池技术要成熟和优越得多。这也是胶体电池的优势之一。

　　做为备用电源用的胶体阀控电池实现工业化生产已经有30多年的历史。伴随着这一产品的工艺成熟和稳定,欧美厂家又相继开发出了用于深循环、起动用的胶体阀控电池,这是铅蓄电池技术的重大进步。其待开发的领域正在向广度和深度发展。我们始终相信,只要我们以严谨的科学态度,结合自己多年的实践并广泛吸收欧美同种类型的产品的优点,沿着正确的研究方向,开发出具有中国自主知识产权的胶体阀控电池已不存在技术障碍。胶体电池必将以其独有的优势使其应用场景范围越来越广。

　　美国Trojan公司年产12 V30～100 Ah的胶体电池60 000只(2000年) ,预计2005年将达到36万只(备用电源和深循环用) ,每年将以15 %的速度增长。Trojan开发胶体电池花费了5～6 a时间,一方面吸纳先行者的经验,一方面投资自行研发,直到1998年才完成了工业化生产准备。其胶体电池在美国独树一帜,政府授于其先导型企业称号。

　　爱罗沙(Aerosil)是无定型的白色超细颗粒。其原生粒子的结构及形式为Si-O-Si ,呈球形。其表面羟基[ - OH]相互作用形成链状的次生粒子,如图2所示。次生粒子由于彼此相互粘附聚结而成疏散状态,这就是制胶使用的气相SiO2商品。气相SiO2的活性表现在它的“增稠”和“触变”性。能变稠的原因是粒子间的硅醇基与氢键结合变成三维结构聚合体使介质粘度增加。反之,当有外力(剪切力,电场力等)时,三维结构就被破坏,介质变稀。外力一消失,三维结构会慢慢恢复。这就是介质的触变性,而且是可逆的。

　　从20世纪20年代美国人开始研究胶体蓄电池,到1966年德国阳光公司( Sonennschein)的Jache and Eberts将胶体电池的产品设计和胶体的制造工艺付诸工业化生产,才算基本解决了胶体电池的技术问题,期间持续了约半个世纪。

　　中国沈阳蓄电池研究所在50～60年代立项研究过胶体电池,到80年代,蓄电池行业外的人士对“胶体”进行了风起云涌般地炒作。当时大有全方位取消铅酸电池从此用硅溶胶电池取而代之的大革命之势,一时间鱼目混珠,泥沙俱下。此风一直持续到90年代中期,几乎惊动了各级政府和舆论界。中国人大环保委上层领导在沈阳开会期间还特意向笔者作了全方面了解。为此,中国电工技术学会铅酸蓄电池专委会分别在1995年南昌会议和1997年泉州会议做出了胶体电池的研究方向和近期应用领域的决议。号召行业内的企业以科学的态度按本决议立项攻坚。在此之前,中国的胶体电池的研究几乎走了一条阳光公司成功前的老路。尽管几位不屈不挠研究者近10 a取得了阶段性成果,但其产品也只能在诸如矿灯、电动助力车上勉强使用,尚登不上诸如电信、电力和UPS的“大雅之堂”。

　　欧洲的胶体电池以2 V管式为多, 12 V涂膏式稍少,市场分布十分普遍, 12 V系列甚至于延伸到船舶,坦克和装甲运兵车(不能不说这是个很了不起的延伸)。韩国电信市场使用2 V AGM阀控电池(日本标准J IS C 870721992)和2 V管式胶体阀控电池(德国标准DIN 40742)。在韩国,尽管胶体电池的市场售价是AGM电池的150 % ,但2001年的电信市场占有率胶体电池已达到40 %。East penn更是将Gel电池和AGM阀控电池并称为未来的能源系统(Tomorrows energy systems)。

　　气相SiO2的“活性”与其粒径有关。颗粒越细,比表面积越大,活性也越强。也就是说,颗粒越细,稠度就越大和触变性也越高,同时介质也越难以分散。气相SiO2的分级多按比表积的大小确定。粒径一定要选择得合理。

　　粒度分布范围也是影响电解质质量的主要的因素,图3是评价气相SiO2粒度分布示意图。图3是原生粒子的分布曲线,由Degussa的日本生产厂提供给用户的,其粒径以nm (毫微米)计,个人会使用的产品已经是次生粒子的聚结疏散体,以微米计。